BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2022 · August–Septembrie

Varianta 07

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

1. Deoarece i2=−1i^2=-1, avem

2i(3−i)−6i=6i−2i2−6i=−2(−1)=2.2i(3-i)-6i=6i-2i^2-6i=-2(-1)=2.

Deci egalitatea este adevărată.

2. Funcția este f(x)=x2−mxf(x)=x^2-mx. Calculăm:

f(−1)=(−1)2−m(−1)=1+m,f(1)=12−m⋅1=1−m.f(-1)=(-1)^2-m(-1)=1+m,\qquad f(1)=1^2-m\cdot 1=1-m.

Condiția f(−1)=f(1)f(-1)=f(1) devine

1+m=1−m⟺2m=0⟺m=0.1+m=1-m \Longleftrightarrow 2m=0 \Longleftrightarrow m=0.

Prin urmare, m=0m=0.

3. Scriem ambele puteri în baza 33:

27x−1=9x⟺(33)x−1=(32)x⟺33x−3=32x.27^{x-1}=9^x \Longleftrightarrow (3^3)^{x-1}=(3^2)^x \Longleftrightarrow 3^{3x-3}=3^{2x}.

Cum funcția exponențială de bază 33 este injectivă,

3x−3=2x⟺x=3.3x-3=2x \Longleftrightarrow x=3.

Soluția este x=3x=3.

4. Numerele naturale de două cifre sunt de la 1010 la 9999, deci sunt 9090 cazuri posibile.

Pentru ca ambele cifre să fie mai mici sau egale cu 33, cifra zecilor poate fi 1,2,31,2,3, iar cifra unităților poate fi 0,1,2,30,1,2,3. Rezultă

3⋅4=123\cdot 4=12

cazuri favorabile. Probabilitatea este

P=1290=215.P=\frac{12}{90}=\frac{2}{15}.

5. Notăm C(a,b)C(a,b). Atunci

AC→=(a−3,b−2),BC→=(a−1,b+1).\overrightarrow{AC}=(a-3,b-2),\qquad \overrightarrow{BC}=(a-1,b+1).

Condiția AC→=2BC→\overrightarrow{AC}=2\overrightarrow{BC} dă sistemul

{a−3=2(a−1)b−2=2(b+1)⟺{a=−1b=−4.\begin{cases} a-3=2(a-1)\\ b-2=2(b+1) \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} a=-1\\ b=-4 \end{cases}.

Prin urmare, C(−1,−4)C(-1,-4).

6. Pentru x=π4x=\dfrac{\pi}{4}, obținem

E(π4)=sin⁡π2−2tg⁡π4⋅sin⁡π6.E\left(\frac{\pi}{4}\right) =\sin\frac{\pi}{2}-2\operatorname{tg}\frac{\pi}{4}\cdot \sin\frac{\pi}{6}.

Folosind valorile cunoscute

sin⁡π2=1,tg⁡π4=1,sin⁡π6=12,\sin\frac{\pi}{2}=1,\qquad \operatorname{tg}\frac{\pi}{4}=1,\qquad \sin\frac{\pi}{6}=\frac12,

rezultă

E(π4)=1−2⋅1⋅12=0.E\left(\frac{\pi}{4}\right)=1-2\cdot 1\cdot \frac12=0.

SUBIECTUL al II-lea

1. Se consideră

A(x)=(x1−x11−xx1110).A(x)=\begin{pmatrix} x&1-x&1\\ 1-x&x&1\\ 1&1&0 \end{pmatrix}.

a) Pentru x=0x=0,

A(0)=(011101110).A(0)=\begin{pmatrix} 0&1&1\\ 1&0&1\\ 1&1&0 \end{pmatrix}.

Calculăm determinantul:

det⁡(A(0))=0⋅(0⋅0−1⋅1)−1⋅(1⋅0−1⋅1)+1⋅(1⋅1−0⋅1).\det(A(0)) =0\cdot(0\cdot 0-1\cdot 1) -1\cdot(1\cdot 0-1\cdot 1) +1\cdot(1\cdot 1-0\cdot 1).

Deci

det⁡(A(0))=0−(−1)+1=2.\det(A(0))=0-(-1)+1=2.

b) Avem

A(1)=(101011110).A(1)=\begin{pmatrix} 1&0&1\\ 0&1&1\\ 1&1&0 \end{pmatrix}.

Calculăm produsul:

A(1)A(x)=(x+12−x12−xx+11112).A(1)A(x)= \begin{pmatrix} x+1&2-x&1\\ 2-x&x+1&1\\ 1&1&2 \end{pmatrix}.

De asemenea,

A(x−1)=(x−12−x12−xx−11110).A(x-1)= \begin{pmatrix} x-1&2-x&1\\ 2-x&x-1&1\\ 1&1&0 \end{pmatrix}.

Prin scădere,

A(1)A(x)−A(x−1)=(200020002)=2I3.A(1)A(x)-A(x-1)= \begin{pmatrix} 2&0&0\\ 0&2&0\\ 0&0&2 \end{pmatrix} =2I_3.

Relația este adevărată pentru orice x∈Rx\in\mathbb{R}.

c) Din punctul b),

A(1)A(x)=A(x−1)+2I3.A(1)A(x)=A(x-1)+2I_3.

Atunci

A(1)A(1)A(x)=A(1)(A(x−1)+2I3)=A(1)A(x−1)+2A(1).A(1)A(1)A(x) =A(1)\bigl(A(x-1)+2I_3\bigr) =A(1)A(x-1)+2A(1).

Aplicând din nou relația de la b), cu xx înlocuit prin x−1x-1,

A(1)A(x−1)=A(x−2)+2I3.A(1)A(x-1)=A(x-2)+2I_3.

Prin urmare,

A(1)A(1)A(x)=A(x−2)+2I3+2A(1).A(1)A(1)A(x)=A(x-2)+2I_3+2A(1).

Ecuația cerută devine

A(x−2)+2I3+2A(1)=3A(1)+2I3,A(x-2)+2I_3+2A(1)=3A(1)+2I_3,

adică

A(x−2)=A(1).A(x-2)=A(1).

Comparând elementele de pe poziția (1,1)(1,1), obținem

x−2=1⟺x=3.x-2=1 \Longleftrightarrow x=3.

Numărul real cerut este x=3x=3.

2. Pe M=[0,+∞)M=[0,+\infty) este definită legea

x∗y=xy(x+y)xy+1.x\ast y=\frac{xy(x+y)}{xy+1}.

Pentru x,y∈Mx,y\in M, avem xy+1>0xy+1>0, deci expresia este bine definită. În plus, numărătorul este nenegativ, deci x∗y∈Mx\ast y\in M.

a) Calculăm direct:

1∗3=1⋅3(1+3)1⋅3+1=124=3.1\ast 3=\frac{1\cdot 3(1+3)}{1\cdot 3+1} =\frac{12}{4}=3.

b) Pentru orice x∈Mx\in M,

x∗1=x⋅1(x+1)x⋅1+1=x(x+1)x+1=x,x\ast 1=\frac{x\cdot 1(x+1)}{x\cdot 1+1} =\frac{x(x+1)}{x+1}=x,

deoarece x+1>0x+1>0. De asemenea,

1∗x=1⋅x(1+x)1⋅x+1=x.1\ast x=\frac{1\cdot x(1+x)}{1\cdot x+1} =x.

Deci e=1e=1 este element neutru pentru legea ∗\ast.

c) Fie m,n∈N∗m,n\in\mathbb{N}^*, cu m≤nm\le n. Calculăm:

1m∗1n=1m⋅1n(1m+1n)1m⋅1n+1.\frac1m\ast \frac1n =\frac{\frac1m\cdot \frac1n\left(\frac1m+\frac1n\right)} {\frac1m\cdot \frac1n+1}.

Cum

1m+1n=m+nmn,\frac1m+\frac1n=\frac{m+n}{mn},

rezultă

1m∗1n=m+nm2n21+mnmn=m+nmn(mn+1).\frac1m\ast \frac1n =\frac{\frac{m+n}{m^2n^2}}{\frac{1+mn}{mn}} =\frac{m+n}{mn(mn+1)}.

Pe de altă parte,

m∗n=mn(m+n)mn+1.m\ast n=\frac{mn(m+n)}{mn+1}.

Condiția din enunț devine

m+nmn(mn+1)=116⋅mn(m+n)mn+1.\frac{m+n}{mn(mn+1)} =\frac1{16}\cdot \frac{mn(m+n)}{mn+1}.

Deoarece m+n>0m+n>0 și mn+1>0mn+1>0, putem simplifica:

1mn=mn16⟺(mn)2=16.\frac1{mn}=\frac{mn}{16} \Longleftrightarrow (mn)^2=16.

Cum m,n∈N∗m,n\in\mathbb{N}^*, avem mn=4mn=4. Perechile cu m≤nm\le n sunt

(m,n)∈{(1,4),(2,2)}.(m,n)\in\{(1,4),(2,2)\}.

SUBIECTUL al III-lea

1. Se consideră

f:R→R,f(x)=x2−3x+1ex.f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=\frac{x^2-3x+1}{e^x}.

a) Scriem

f(x)=(x2−3x+1)e−x.f(x)=(x^2-3x+1)e^{-x}.

Derivând,

f′(x)=(2x−3)e−x−(x2−3x+1)e−x.f'(x)=(2x-3)e^{-x}-(x^2-3x+1)e^{-x}.

Astfel,

f′(x)=(−x2+5x−4)e−x=−x2+5x−4ex.f'(x)=(-x^2+5x-4)e^{-x} =\frac{-x^2+5x-4}{e^x}.

Dar

−x2+5x−4=(x−1)(4−x),-x^2+5x-4=(x-1)(4-x),

deci

f′(x)=(x−1)(4−x)ex,x∈R.f'(x)=\frac{(x-1)(4-x)}{e^x},\qquad x\in\mathbb{R}.

b) Pentru asimptota orizontală spre +∞+\infty, calculăm:

lim⁡x→+∞f(x)=lim⁡x→+∞x2−3x+1ex=0,\lim_{x\to+\infty}f(x) =\lim_{x\to+\infty}\frac{x^2-3x+1}{e^x}=0,

deoarece exponențiala exe^x crește mai repede decât orice polinom. Așadar, dreapta

y=0y=0

este asimptotă orizontală spre +∞+\infty, adică axa OxOx.

c) Funcția ff este continuă pe R\mathbb{R}. Din punctul a),

f′(x)=(x−1)(4−x)ex,f'(x)=\frac{(x-1)(4-x)}{e^x},

iar ex>0e^x>0 pentru orice x∈Rx\in\mathbb{R}. Semnul derivatei este semnul produsului (x−1)(4−x)(x-1)(4-x):

f′(x)<0 pe (−∞,1),f′(x)>0 pe (1,4),f′(x)<0 pe (4,+∞).f'(x)<0 \text{ pe }(-\infty,1),\qquad f'(x)>0 \text{ pe }(1,4),\qquad f'(x)<0 \text{ pe }(4,+\infty).

Deci ff este strict descrescătoare pe (−∞,1](-\infty,1], strict crescătoare pe [1,4][1,4] și strict descrescătoare pe [4,+∞)[4,+\infty).

Mai avem

lim⁡x→−∞f(x)=+∞,f(1)=1−3+1e=−1e.\lim_{x\to-\infty}f(x)=+\infty,\qquad f(1)=\frac{1-3+1}{e}=-\frac1e.

Prin continuitate și strictă monotonie pe (−∞,1](-\infty,1], pentru orice n∈N∗n\in\mathbb{N}^*, ecuația f(x)=nf(x)=n are exact o soluție pe (−∞,1](-\infty,1], deoarece

f((−∞,1])=[−1e,+∞)f\bigl((-\infty,1]\bigr)=\left[-\frac1e,+\infty\right)

și

n∈[−1e,+∞).n\in\left[-\frac1e,+\infty\right).

Rămâne să verificăm că nu există soluții pentru x≥1x\ge 1. Pe intervalul [1,+∞)[1,+\infty), valoarea maximă a funcției este atinsă în x=4x=4, iar

f(4)=16−12+1e4=5e4<1.f(4)=\frac{16-12+1}{e^4}=\frac5{e^4}<1.

Inegalitatea 5e4<1\frac5{e^4}<1 rezultă din e4>1+4=5e^4>1+4=5. Cum n∈N∗n\in\mathbb{N}^*, avem n≥1n\ge 1, deci

f(x)≤5e4<1≤n,x≥1.f(x)\le \frac5{e^4}<1\le n,\qquad x\ge 1.

Nu există alte soluții. Prin urmare, ecuația f(x)=nf(x)=n are soluție unică pentru orice n∈N∗n\in\mathbb{N}^*.

2. Se consideră

f:R→R,f(x)=xx2+4.f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=x\sqrt{x^2+4}.

a) Avem

f(x)x2+4=xx2+4x2+4=x.\frac{f(x)}{\sqrt{x^2+4}} =\frac{x\sqrt{x^2+4}}{\sqrt{x^2+4}} =x.

Prin urmare,

∫02f(x)x2+4 dx=∫02x dx=x22∣02=2.\int_0^2 \frac{f(x)}{\sqrt{x^2+4}}\,dx =\int_0^2 x\,dx =\left.\frac{x^2}{2}\right|_0^2 =2.

b) Calculăm

∫05f(x) dx=∫05xx2+4 dx.\int_0^{\sqrt5}f(x)\,dx =\int_0^{\sqrt5}x\sqrt{x^2+4}\,dx.

Folosim substituția

u=x2+4,du=2x dx.u=x^2+4,\qquad du=2x\,dx.

Când x=0x=0, u=4u=4, iar când x=5x=\sqrt5, u=9u=9. Deci

∫05xx2+4 dx=12∫49u1/2 du=12⋅23u3/2∣49.\int_0^{\sqrt5}x\sqrt{x^2+4}\,dx =\frac12\int_4^9 u^{1/2}\,du =\frac12\cdot \left.\frac{2}{3}u^{3/2}\right|_4^9.

Rezultă

∫05f(x) dx=13(93/2−43/2)=13(27−8)=193.\int_0^{\sqrt5}f(x)\,dx =\frac13\left(9^{3/2}-4^{3/2}\right) =\frac13(27-8) =\frac{19}{3}.

c) Pentru n≥2n\ge 2,

In=∫12xnf2(x) dx.I_n=\int_1^2 \frac{x^n}{f^2(x)}\,dx.

Deoarece

f2(x)=x2(x2+4),f^2(x)=x^2(x^2+4),

obținem

In=∫12xnx2(x2+4) dx=∫12xn−2x2+4 dx.I_n=\int_1^2 \frac{x^n}{x^2(x^2+4)}\,dx =\int_1^2 \frac{x^{n-2}}{x^2+4}\,dx.

Atunci

In+2=∫12xnx2+4 dx.I_{n+2}=\int_1^2 \frac{x^n}{x^2+4}\,dx.

Prin urmare,

In+2+4In=∫12xnx2+4 dx+4∫12xn−2x2+4 dx.I_{n+2}+4I_n =\int_1^2 \frac{x^n}{x^2+4}\,dx +4\int_1^2 \frac{x^{n-2}}{x^2+4}\,dx.

Adunând integralele,

In+2+4In=∫12xn+4xn−2x2+4 dx=∫12xn−2(x2+4)x2+4 dx.I_{n+2}+4I_n =\int_1^2 \frac{x^n+4x^{n-2}}{x^2+4}\,dx =\int_1^2 \frac{x^{n-2}(x^2+4)}{x^2+4}\,dx.

Deci

In+2+4In=∫12xn−2 dx=xn−1n−1∣12=2n−1−1n−1.I_{n+2}+4I_n=\int_1^2 x^{n-2}\,dx =\left.\frac{x^{n-1}}{n-1}\right|_1^2 =\frac{2^{n-1}-1}{n-1}.

Condiția din enunț devine

2n−1−1n−1=3n−1.\frac{2^{n-1}-1}{n-1}=\frac3{n-1}.

Cum n≥2n\ge 2, avem n−1>0n-1>0, deci

2n−1−1=3⟺2n−1=4=22⟺n−1=2.2^{n-1}-1=3 \Longleftrightarrow 2^{n-1}=4=2^2 \Longleftrightarrow n-1=2.

Astfel,

n=3.n=3.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 6 exerciții din SUBIECTUL I sunt rezolvate în ordine, cu calcule explicite.
  • Toate subpunctele din SUBIECTUL al II-lea sunt justificate: determinant, identitate matricială, ecuație matricială și lege de compoziție.
  • Toate subpunctele din SUBIECTUL al III-lea sunt rezolvate riguros: derivare, asimptotă, unicitatea soluției, integrale și determinarea lui nn.
  • Domeniile și condițiile relevante au fost menționate: x∈Rx\in\mathbb{R}, M=[0,+∞)M=[0,+\infty), m,n∈N∗m,n\in\mathbb{N}^*, n≥2n\ge 2.
  • Rezultatele finale au fost simplificate și verificate.