BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2021 · August–Septembrie

Varianta 04

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Avem a=20212a=2021-2 și b=2021+2b=2021+2. Media aritmetică este
a+b2=20212+2021+22=220212=2021.\frac{a+b}{2}=\frac{2021-2+2021+2}{2}=\frac{2\cdot 2021}{2}=2021.
  1. Punctul A(1,m)A(1,m) aparține graficului funcției f(x)=x23x+1f(x)=x^2-3x+1, deci
m=f(1)=1231+1=1.m=f(1)=1^2-3\cdot 1+1=-1.

Prin urmare, m=1m=-1.

  1. Condițiile de existență sunt
x+3>0,x3>0,x+3>0,\quad x-3>0,

deci x>3x>3. Ecuația devine

log3(x+3)+log3(x3)=2\log_3(x+3)+\log_3(x-3)=2 log3((x+3)(x3))=2.\log_3\bigl((x+3)(x-3)\bigr)=2.

Rezultă

x29=32=9,x^2-9=3^2=9,

deci

x2=18,x=±32.x^2=18,\qquad x=\pm 3\sqrt 2.

Din condiția x>3x>3, soluția este

x=32.x=3\sqrt 2.
  1. Dacă mulțimea are nn elemente, atunci are 2n2^n submulțimi. Din
2n=16=242^n=16=2^4

rezultă

n=4.n=4.
  1. Avem punctele M(3,0)M(3,0), N(8,3)N(8,3), P(6,3)P(6,3). Calculăm
MN=(83,30)=(5,3),\overrightarrow{MN}=(8-3,3-0)=(5,3), MP=(63,30)=(3,3).\overrightarrow{MP}=(6-3,3-0)=(3,3).

Din MN+MP=MQ\overrightarrow{MN}+\overrightarrow{MP}=\overrightarrow{MQ}, obținem

MQ=(5,3)+(3,3)=(8,6).\overrightarrow{MQ}=(5,3)+(3,3)=(8,6).

Prin urmare,

Q=M+MQ=(3,0)+(8,6)=(11,6).Q=M+\overrightarrow{MQ}=(3,0)+(8,6)=(11,6).
  1. Triunghiul este ascuțitunghic, deci A(0,π2)A\in\left(0,\frac{\pi}{2}\right), de unde sinA>0\sin A>0 și cosA>0\cos A>0. Din
sin2AcosA=sinA\sin 2A\cdot \cos A=\sin A

și sin2A=2sinAcosA\sin 2A=2\sin A\cos A, rezultă

2sinAcos2A=sinA.2\sin A\cos^2 A=\sin A.

Împărțim la sinA>0\sin A>0:

2cos2A=1.2\cos^2 A=1.

Astfel,

cos2A=12.\cos^2 A=\frac12.

Cum AA este ascuțit, cosA>0\cos A>0, deci

cosA=22.\cos A=\frac{\sqrt2}{2}.

Rezultă

A=π4.A=\frac{\pi}{4}.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A(a)=(1000a01+log2a01),a(0,+).A(a)= \begin{pmatrix} 1&0&0\\ 0&a&0\\ 1+\log_2 a&0&1 \end{pmatrix}, \qquad a\in(0,+\infty).
  • a) Pentru a=1a=1, avem log21=0\log_2 1=0, deci
A(1)=(100010101).A(1)= \begin{pmatrix} 1&0&0\\ 0&1&0\\ 1&0&1 \end{pmatrix}.

Matricea este triunghiulară inferior, deci determinantul este produsul elementelor de pe diagonala principală:

detA(1)=111=1.\det A(1)=1\cdot 1\cdot 1=1.
  • b) Pentru orice a>0a>0, matricea A(a)A(a) este triunghiulară inferior, deci
detA(a)=1a1=a.\det A(a)=1\cdot a\cdot 1=a.

Cum a(0,+)a\in(0,+\infty), rezultă detA(a)=a0\det A(a)=a\ne 0. Prin urmare, matricea A(a)A(a) este inversabilă pentru orice a>0a>0.

  • c) Notăm
=1+log2a.\ell=1+\log_2 a.

Atunci

A(a)=(1000a001).A(a)= \begin{pmatrix} 1&0&0\\ 0&a&0\\ \ell&0&1 \end{pmatrix}.

Inversa este

(A(a))1=(10001a001),(A(a))^{-1}= \begin{pmatrix} 1&0&0\\ 0&\frac1a&0\\ -\ell&0&1 \end{pmatrix},

deoarece produsul celor două matrice este matricea unitate. Rezultă

A(a)+(A(a))1=(2000a+1a0002).A(a)+(A(a))^{-1}= \begin{pmatrix} 2&0&0\\ 0&a+\frac1a&0\\ 0&0&2 \end{pmatrix}.

Prin urmare,

det(A(a)+(A(a))1)=2(a+1a)2=4(a+1a).\det\left(A(a)+(A(a))^{-1}\right) =2\cdot\left(a+\frac1a\right)\cdot 2 =4\left(a+\frac1a\right).

Pentru a>0a>0, din inegalitatea a+1a2a+\frac1a\ge 2, obținem

det(A(a)+(A(a))1)42=8.\det\left(A(a)+(A(a))^{-1}\right)\ge 4\cdot 2=8.
  1. Pe R\mathbb R este definită legea
xy=xym(x+y)+m(m+1),m(0,+).x\circ y=xy-m(x+y)+m(m+1),\qquad m\in(0,+\infty).
  • a) Pentru m=1m=1,
22=221(2+2)+1(1+1)=44+2=2.2\circ 2=2\cdot 2-1(2+2)+1(1+1)=4-4+2=2.
  • b) Avem
21=21m(2+1)+m(m+1)=23m+m2+m=m22m+2.2\circ 1=2\cdot 1-m(2+1)+m(m+1) =2-3m+m^2+m =m^2-2m+2.

Din 21=52\circ 1=5, rezultă

m22m+2=5,m^2-2m+2=5,

adică

m22m3=0.m^2-2m-3=0.

Factorizăm:

(m3)(m+1)=0.(m-3)(m+1)=0.

Cum m>0m>0, obținem m=3m=3. Atunci

25=253(2+5)+3(3+1)=1021+12=1.2\circ 5=2\cdot 5-3(2+5)+3(3+1) =10-21+12=1.
  • c) Condiția este
(mx3)(mx2)=m,pentru orice m>0.(mx^3)\circ(-mx^2)=m,\qquad \text{pentru orice }m>0.

Calculăm:

(mx3)(mx2)=mx3(mx2)m(mx3mx2)+m(m+1).(mx^3)\circ(-mx^2) =mx^3(-mx^2)-m(mx^3-mx^2)+m(m+1).

Deci

(mx3)(mx2)=m2x5m2x3+m2x2+m2+m.(mx^3)\circ(-mx^2) =-m^2x^5-m^2x^3+m^2x^2+m^2+m.

Egalitatea cu mm devine

m2x5m2x3+m2x2+m2+m=m.-m^2x^5-m^2x^3+m^2x^2+m^2+m=m.

Cum m>0m>0, împărțim prin m2m^2:

x5x3+x2+1=0.-x^5-x^3+x^2+1=0.

Echivalent,

x5+x3x21=0.x^5+x^3-x^2-1=0.

Factorizăm:

x5+x3x21=x3(x2+1)(x2+1)=(x2+1)(x31).x^5+x^3-x^2-1=x^3(x^2+1)-(x^2+1)=(x^2+1)(x^3-1).

Astfel,

(x2+1)(x31)=0.(x^2+1)(x^3-1)=0.

Pentru xRx\in\mathbb R, avem x2+1>0x^2+1>0, deci

x31=0,x^3-1=0,

de unde

x=1.x=1.

Verificare:

(m13)(m12)=m(m)=m(m)m(mm)+m(m+1)=m.(m\cdot 1^3)\circ(-m\cdot 1^2)=m\circ(-m) =m(-m)-m(m-m)+m(m+1)=m.

Prin urmare, x=1x=1.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(0,+)R,f(x)=x424lnx.f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^4-2-4\ln x.
  • a) Pentru x>0x>0,
f(x)=4x34x=4x44x=4(x41)x.f'(x)=4x^3-\frac4x =\frac{4x^4-4}{x} =\frac{4(x^4-1)}{x}.

Factorizăm

x41=(x21)(x2+1)=(x1)(x+1)(x2+1).x^4-1=(x^2-1)(x^2+1)=(x-1)(x+1)(x^2+1).

Prin urmare,

f(x)=4(x2+1)(x+1)(x1)x,x(0,+).f'(x)=\frac{4(x^2+1)(x+1)(x-1)}{x},\qquad x\in(0,+\infty).
  • b) Pentru x>0x>0, factorii 44, x2+1x^2+1, x+1x+1 și xx sunt pozitivi. Semnul lui f(x)f'(x) este semnul lui x1x-1. Așadar,
f(x)<0 pentru x(0,1),f'(x)<0 \text{ pentru } x\in(0,1), f(1)=0,f'(1)=0, f(x)>0 pentru x(1,+).f'(x)>0 \text{ pentru } x\in(1,+\infty).

Funcția ff este strict descrescătoare pe (0,1)(0,1) și strict crescătoare pe (1,+)(1,+\infty).

  • c) Funcția ff este continuă pe (0,+)(0,+\infty). Avem
limx0+f(x)=+,\lim_{x\to 0^+}f(x)=+\infty,

deoarece 4lnx+-4\ln x\to+\infty. De exemplu,

f(e1)=e424ln(e1)=e4+2>0,f(e^{-1})=e^{-4}-2-4\ln(e^{-1})=e^{-4}+2>0,

iar

f(1)=124ln1=1.f(1)=1-2-4\ln 1=-1.

Prin continuitate există o soluție în (e1,1)(0,1)(e^{-1},1)\subset(0,1). Cum ff este strict descrescătoare pe (0,1)(0,1), rezultă că ecuația f(x)=0f(x)=0 are exact o soluție în (0,1)(0,1).

De asemenea,

limx+f(x)=+\lim_{x\to+\infty}f(x)=+\infty

și, mai concret,

f(2)=1624ln2=144ln2>0,f(2)=16-2-4\ln 2=14-4\ln 2>0,

în timp ce f(1)=1f(1)=-1. Prin continuitate există o soluție în (1,2)(1,2). Cum ff este strict crescătoare pe (1,+)(1,+\infty), rezultă că ecuația f(x)=0f(x)=0 are exact o soluție în (1,+)(1,+\infty).

Prin urmare, ecuația f(x)=0f(x)=0 are exact două soluții distincte în (0,+)(0,+\infty).

  1. Se consideră funcția
f:RR,f(x)=1+2xx4+1.f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=1+\frac{2x}{x^4+1}.
  • a) Avem
(x4+1)f(x)=(x4+1)(1+2xx4+1)=x4+1+2x.(x^4+1)f(x)=(x^4+1)\left(1+\frac{2x}{x^4+1}\right)=x^4+1+2x.

Prin urmare,

01(x4+1)f(x)dx=01(x4+1+2x)dx\int_0^1 (x^4+1)f(x)\,dx =\int_0^1 (x^4+1+2x)\,dx =[x55+x+x2]01=15+1+1=115.=\left[\frac{x^5}{5}+x+x^2\right]_0^1 =\frac15+1+1 =\frac{11}{5}.
  • b) Fie FF o primitivă a lui ff. Pentru x0x\ge 0,
F(x)=F(0)+0x(1+2tt4+1)dt=F(0)+x+0x2tt4+1dt.F(x)=F(0)+\int_0^x\left(1+\frac{2t}{t^4+1}\right)\,dt =F(0)+x+\int_0^x\frac{2t}{t^4+1}\,dt.

Integrala

0x2tt4+1dt\int_0^x\frac{2t}{t^4+1}\,dt

are limită finită când x+x\to+\infty, deoarece o primitivă este arctan(t2)\arctan(t^2). Mai exact,

0x2tt4+1dt=arctan(x2).\int_0^x\frac{2t}{t^4+1}\,dt=\arctan(x^2).

Deci

F(x)=x+arctan(x2)+C.F(x)=x+\arctan(x^2)+C.

Panta asimptotei oblice spre ++\infty este

limx+F(x)x=limx+(1+arctan(x2)+Cx)=1.\lim_{x\to+\infty}\frac{F(x)}{x} =\lim_{x\to+\infty}\left(1+\frac{\arctan(x^2)+C}{x}\right)=1.

Prin urmare, panta asimptotei oblice este 11.

  • c) Cum
2xx4+1dx=arctan(x2),\int \frac{2x}{x^4+1}\,dx=\arctan(x^2),

o primitivă a lui ff este

G(x)=x+arctan(x2)+C.G(x)=x+\arctan(x^2)+C.

Din G(0)=0G(0)=0, rezultă

0=0+arctan0+C,0=0+\arctan 0+C,

deci C=0C=0. Prin urmare,

G(x)=x+arctan(x2).G(x)=x+\arctan(x^2).

Calculăm:

01xG(x)dx=01x(x+arctan(x2))dx=01x2dx+01xarctan(x2)dx.\int_0^1 xG(x)\,dx =\int_0^1 x\left(x+\arctan(x^2)\right)\,dx =\int_0^1 x^2\,dx+\int_0^1 x\arctan(x^2)\,dx.

Prima integrală este

01x2dx=13.\int_0^1 x^2\,dx=\frac13.

Pentru a doua integrală, facem substituția u=x2u=x^2, deci du=2xdxdu=2x\,dx:

01xarctan(x2)dx=1201arctanudu.\int_0^1 x\arctan(x^2)\,dx =\frac12\int_0^1 \arctan u\,du.

Prin părți,

arctanudu=uarctanu12ln(1+u2).\int \arctan u\,du=u\arctan u-\frac12\ln(1+u^2).

Astfel,

1201arctanudu=12[uarctanu12ln(1+u2)]01\frac12\int_0^1 \arctan u\,du =\frac12\left[u\arctan u-\frac12\ln(1+u^2)\right]_0^1 =12(π412ln2)=π814ln2.=\frac12\left(\frac{\pi}{4}-\frac12\ln 2\right) =\frac{\pi}{8}-\frac14\ln 2.

Rezultă

01xG(x)dx=13+π814ln2.\int_0^1 xG(x)\,dx =\frac13+\frac{\pi}{8}-\frac14\ln 2.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 18 subpuncte au fost rezolvate în ordinea cerută.
  • Au fost verificate condițiile de existență pentru logaritm și condițiile de domeniu pentru funcțiile cu lnx\ln x.
  • Au fost justificate inversabilitatea matricei, calculul inversei și inegalitatea determinantului.
  • Legea de compoziție a fost tratată cu același parametru m>0m>0, iar soluția x=1x=1 a fost verificată.
  • Monotonia și numărul soluțiilor ecuației f(x)=0f(x)=0 au fost argumentate prin semnul derivatei, continuitate și limite.
  • Integralele și primitivele au fost calculate explicit, inclusiv substituția și integrarea prin părți.