BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2023 · August–Septembrie

Varianta 07

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Progresia aritmetică are formula
an=a1+(n−1)r.a_n=a_1+(n-1)r.

Din a5=23a_5=23 și a1=3a_1=3 rezultă

3+4r=23⟹4r=20⟹r=5.3+4r=23 \Longrightarrow 4r=20 \Longrightarrow r=5.

Prin urmare,

a6=a1+5r=3+25=28.a_6=a_1+5r=3+25=28.
  1. Punctul A(m,−1)A(m,-1) aparține graficului lui ff dacă și numai dacă
f(m)=−1.f(m)=-1.

Așadar,

m2−6m+8=−1⟹m2−6m+9=0⟹(m−3)2=0.m^2-6m+8=-1 \Longrightarrow m^2-6m+9=0 \Longrightarrow (m-3)^2=0.

Rezultă

m=3.m=3.
  1. Scriem 9=329=3^2. Ecuația devine
32x−1=32⋅3x+1=3x+3.3^{2x-1}=3^2\cdot 3^{x+1}=3^{x+3}.

Cum funcția exponențială de bază 33 este injectivă,

2x−1=x+3⟹x=4.2x-1=x+3 \Longrightarrow x=4.

Soluția este

x=4.x=4.
  1. Submulțimile nevide cu cel mult două elemente au fie un element, fie două elemente. Numărul lor este
(51)+(52)=5+10=15.\binom{5}{1}+\binom{5}{2}=5+10=15.
  1. Avem
OA→=(3,1).\overrightarrow{OA}=(3,1).

Dacă C(xC,yC)C(x_C,y_C), atunci

BC→=(xC−4,yC−4).\overrightarrow{BC}=(x_C-4,y_C-4).

Condiția OA→=BC→\overrightarrow{OA}=\overrightarrow{BC} dă

(xC−4,yC−4)=(3,1).(x_C-4,y_C-4)=(3,1).

De aici

xC=7,yC=5.x_C=7,\qquad y_C=5.

Prin urmare,

C(7,5).C(7,5).
  1. Notăm AC=bAC=b și BC=cBC=c. Triunghiul este dreptunghic în AA, deci BCBC este ipotenuza.

Din egalitatea ariilor,

AB⋅AC2=BC⋅AD2.\frac{AB\cdot AC}{2}=\frac{BC\cdot AD}{2}.

Cum AB=6AB=6 și AD=3AD=3, obținem

6b=3c⟹c=2b.6b=3c \Longrightarrow c=2b.

Aplicăm teorema lui Pitagora:

c2=AB2+AC2=36+b2.c^2=AB^2+AC^2=36+b^2.

Înlocuind c=2bc=2b,

4b2=36+b2⟹3b2=36⟹b2=12.4b^2=36+b^2 \Longrightarrow 3b^2=36 \Longrightarrow b^2=12.

Deci

b=23,c=2b=43.b=2\sqrt3,\qquad c=2b=4\sqrt3.

Într-un triunghi dreptunghic, raza cercului circumscris este jumătate din ipotenuză:

R=BC2=432=23.R=\frac{BC}{2}=\frac{4\sqrt3}{2}=2\sqrt3.

Așadar, raza cercului circumscris triunghiului ABCABC este 232\sqrt3.

SUBIECTUL al II-lea

  1. a) Pentru x=1x=1,
A(1)=(111111−1−1−1).A(1)= \begin{pmatrix} 1&1&1\\ 1&1&1\\ -1&-1&-1 \end{pmatrix}.

Liniile sunt proporționale, de exemplu L2=L1L_2=L_1 și L3=−L1L_3=-L_1. Prin urmare,

det⁡(A(1))=0.\det(A(1))=0.
  1. b) Pentru
A(x)=(xxx1x1−1−x−1),A(y)=(yyy1y1−1−y−1),A(x)= \begin{pmatrix} x&x&x\\ 1&x&1\\ -1&-x&-1 \end{pmatrix}, \qquad A(y)= \begin{pmatrix} y&y&y\\ 1&y&1\\ -1&-y&-1 \end{pmatrix},

calculăm produsul:

A(x)A(y)=(xyxyxyx+y−1xyx+y−11−x−y−xy1−x−y).A(x)A(y)= \begin{pmatrix} xy&xy&xy\\ x+y-1&xy&x+y-1\\ 1-x-y&-xy&1-x-y \end{pmatrix}.

De asemenea,

A(xy)=(xyxyxy1xy1−1−xy−1).A(xy)= \begin{pmatrix} xy&xy&xy\\ 1&xy&1\\ -1&-xy&-1 \end{pmatrix}.

Scăzând, rezultă

A(x)A(y)−A(xy)=(000x+y−20x+y−22−x−y02−x−y).A(x)A(y)-A(xy)= \begin{pmatrix} 0&0&0\\ x+y-2&0&x+y-2\\ 2-x-y&0&2-x-y \end{pmatrix}.

Cum

A(0)=(000101−10−1),A(0)= \begin{pmatrix} 0&0&0\\ 1&0&1\\ -1&0&-1 \end{pmatrix},

avem

A(x)A(y)−A(xy)=(x+y−2)A(0),A(x)A(y)-A(xy)=(x+y-2)A(0),

pentru orice x,y∈Rx,y\in\mathbb R.

  1. c) Folosim relația demonstrată la punctul b):
A(u)A(v)=A(uv)+(u+v−2)A(0).A(u)A(v)=A(uv)+(u+v-2)A(0).

Pentru u=−1u=-1, v=3v=3,

A(−1)A(3)=A(−3)+(−1+3−2)A(0)=A(−3).A(-1)A(3)=A(-3)+(-1+3-2)A(0)=A(-3).

Astfel,

A(−1)A(3)A(x)=A(−3)A(x).A(-1)A(3)A(x)=A(-3)A(x).

Aplicând din nou relația,

A(−3)A(x)=A(−3x)+(−3+x−2)A(0)=A(−3x)+(x−5)A(0).A(-3)A(x)=A(-3x)+(-3+x-2)A(0)=A(-3x)+(x-5)A(0).

Condiția devine

A(−3x)+(x−5)A(0)=A(y).A(-3x)+(x-5)A(0)=A(y).

Matricea din stânga are prima linie (−3x,−3x,−3x)(-3x,-3x,-3x), iar A(y)A(y) are prima linie (y,y,y)(y,y,y), deci

y=−3x.y=-3x.

Comparând elementul de pe poziția (2,1)(2,1), obținem

1+(x−5)=1⟹x=5.1+(x-5)=1 \Longrightarrow x=5.

Atunci

y=−3⋅5=−15.y=-3\cdot 5=-15.

Soluția este

x=5,y=−15.x=5,\qquad y=-15.
  1. a) Pentru m=2m=2, polinomul devine
f=X4+2X3−8X2+6X+2.f=X^4+2X^3-8X^2+6X+2.

Atunci

f(1)=1+2−8+6+2=3.f(1)=1+2-8+6+2=3.
  1. b) Pentru m=0m=0,
f=X4+2X3−8X2=X2(X2+2X−8).f=X^4+2X^3-8X^2=X^2(X^2+2X-8).

Factorizăm trinomul:

X2+2X−8=(X+4)(X−2).X^2+2X-8=(X+4)(X-2).

Deci

f=X2(X+4)(X−2).f=X^2(X+4)(X-2).

Rădăcinile sunt

X=0, de multiplicitate 2,X=−4,X=2.X=0 \text{, de multiplicitate }2,\qquad X=-4,\qquad X=2.
  1. c) Fie
α=1+3.\alpha=1+\sqrt3.

Atunci

(α−1)2=3⟹α2−2α−2=0⟹α2=2α+2.(\alpha-1)^2=3 \Longrightarrow \alpha^2-2\alpha-2=0 \Longrightarrow \alpha^2=2\alpha+2.

Calculăm puterile necesare:

α3=α(2α+2)=2α2+2α=2(2α+2)+2α=6α+4,\alpha^3=\alpha(2\alpha+2)=2\alpha^2+2\alpha =2(2\alpha+2)+2\alpha=6\alpha+4, α4=α(6α+4)=6α2+4α=6(2α+2)+4α=16α+12.\alpha^4=\alpha(6\alpha+4)=6\alpha^2+4\alpha =6(2\alpha+2)+4\alpha=16\alpha+12.

Condiția ca α\alpha să fie rădăcină este

α4+2α3−8α2+3mα+m=0.\alpha^4+2\alpha^3-8\alpha^2+3m\alpha+m=0.

Înlocuim:

(16α+12)+2(6α+4)−8(2α+2)+m(3α+1)=0.(16\alpha+12)+2(6\alpha+4)-8(2\alpha+2)+m(3\alpha+1)=0.

Primii termeni se reduc la

16α+12+12α+8−16α−16=12α+4=4(3α+1).16\alpha+12+12\alpha+8-16\alpha-16=12\alpha+4=4(3\alpha+1).

Deci

4(3α+1)+m(3α+1)=0⟹(m+4)(3α+1)=0.4(3\alpha+1)+m(3\alpha+1)=0 \Longrightarrow (m+4)(3\alpha+1)=0.

Cum 3α+1≠03\alpha+1\ne 0, rezultă

m=−4.m=-4.

Numărul este rațional, așa cum se cere.

SUBIECTUL al III-lea

  1. a) Avem
f(x)=3exx2+x+1.f(x)=\frac{3e^x}{x^2+x+1}.

Observăm că

x2+x+1=(x+12)2+34>0,x^2+x+1=\left(x+\frac12\right)^2+\frac34>0,

deci funcția este definită și derivabilă pe R\mathbb R.

Folosind regula derivării unui raport,

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

Prin urmare,

f′(x)=3ex(x2+x+1−2x−1)(x2+x+1)2=3ex(x2−x)(x2+x+1)2,f'(x)=\frac{3e^x(x^2+x+1-2x-1)}{(x^2+x+1)^2} =\frac{3e^x(x^2-x)}{(x^2+x+1)^2},

pentru orice x∈Rx\in\mathbb R.

  1. b) Calculăm raportul:
f(2x)f(x)=3e2x4x2+2x+13exx2+x+1=ex⋅x2+x+14x2+2x+1.\frac{f(2x)}{f(x)} = \frac{\dfrac{3e^{2x}}{4x^2+2x+1}}{\dfrac{3e^x}{x^2+x+1}} = e^x\cdot \frac{x^2+x+1}{4x^2+2x+1}.

Cum

lim⁡x→+∞x2+x+14x2+2x+1=14\lim_{x\to+\infty}\frac{x^2+x+1}{4x^2+2x+1}=\frac14

și

lim⁡x→+∞ex=+∞,\lim_{x\to+\infty}e^x=+\infty,

rezultă

lim⁡x→+∞f(2x)f(x)=+∞.\lim_{x\to+\infty}\frac{f(2x)}{f(x)}=+\infty.
  1. c) Din punctul a),
f′(x)=3exx(x−1)(x2+x+1)2.f'(x)=\frac{3e^x x(x-1)}{(x^2+x+1)^2}.

Deoarece 3ex>03e^x>0 și (x2+x+1)2>0(x^2+x+1)^2>0, semnul lui f′(x)f'(x) este semnul lui x(x−1)x(x-1). Astfel:

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

Funcția este continuă pe R\mathbb R, iar valorile importante sunt

lim⁡x→−∞f(x)=0,f(0)=3,f(1)=e,lim⁡x→+∞f(x)=+∞.\lim_{x\to-\infty} f(x)=0,\qquad f(0)=3,\qquad f(1)=e,\qquad \lim_{x\to+\infty} f(x)=+\infty.

Deci ff este strict crescătoare de la 00 la 33 pe (−∞,0](-\infty,0], strict descrescătoare de la 33 la ee pe [0,1][0,1] și strict crescătoare de la ee la +∞+\infty pe [1,+∞)[1,+\infty).

Pentru orice m∈(e,3)m\in(e,3):

  • pe intervalul (−∞,0)(-\infty,0), ecuația f(x)=mf(x)=m are exact o soluție, deoarece m∈(0,3)m\in(0,3);
  • pe intervalul (0,1)(0,1), ecuația f(x)=mf(x)=m are exact o soluție, deoarece m∈(e,3)m\in(e,3);
  • pe intervalul (1,+∞)(1,+\infty), ecuația f(x)=mf(x)=m are exact o soluție, deoarece m∈(e,+∞)m\in(e,+\infty).

Cele trei intervale sunt disjuncte, deci ecuația f(x)=mf(x)=m are exact trei soluții pentru orice m∈(e,3)m\in(e,3).

  1. a) Pentru x∈[1,2]x\in[1,2],
f(x)−ln⁡(x+1)=6x.f(x)-\ln(x+1)=6x.

Prin urmare,

∫12(f(x)−ln⁡(x+1)) dx=∫126x dx=3x2∣12=12−3=9.\int_1^2 \left(f(x)-\ln(x+1)\right)\,dx = \int_1^2 6x\,dx = 3x^2\Big|_1^2 = 12-3=9.
  1. b) Avem
f(x)−6x=ln⁡(x+1).f(x)-6x=\ln(x+1).

Atunci

∫0e−1f(x)−6xx+1 dx=∫0e−1ln⁡(x+1)x+1 dx.\int_0^{e-1}\frac{f(x)-6x}{x+1}\,dx = \int_0^{e-1}\frac{\ln(x+1)}{x+1}\,dx.

Folosim substituția

u=ln⁡(x+1),du=dxx+1.u=\ln(x+1),\qquad du=\frac{dx}{x+1}.

Pentru x=0x=0, u=0u=0, iar pentru x=e−1x=e-1, u=1u=1. Rezultă

∫0e−1ln⁡(x+1)x+1 dx=∫01u du=u22∣01=12.\int_0^{e-1}\frac{\ln(x+1)}{x+1}\,dx = \int_0^1 u\,du = \frac{u^2}{2}\Big|_0^1 = \frac12.
  1. c) Funcția
g(x)=f(x2)=6x2+ln⁡(x2+1)g(x)=f(x^2)=6x^2+\ln(x^2+1)

este nenegativă pe [0,1][0,1], deoarece 6x2≥06x^2\ge 0 și ln⁡(x2+1)≥0\ln(x^2+1)\ge 0. Aria cerută este

A=∫01g(x) dx=∫01(6x2+ln⁡(1+x2)) dx.A=\int_0^1 g(x)\,dx = \int_0^1 \left(6x^2+\ln(1+x^2)\right)\,dx.

Prima integrală este

∫016x2 dx=2.\int_0^1 6x^2\,dx=2.

Pentru

I=∫01ln⁡(1+x2) dx,I=\int_0^1 \ln(1+x^2)\,dx,

integrăm prin părți:

u=ln⁡(1+x2),dv=dx.u=\ln(1+x^2),\qquad dv=dx.

Atunci

du=2x1+x2 dx,v=x,du=\frac{2x}{1+x^2}\,dx,\qquad v=x,

deci

I=xln⁡(1+x2)∣01−∫012x21+x2 dx.I=x\ln(1+x^2)\Big|_0^1-\int_0^1 \frac{2x^2}{1+x^2}\,dx.

Cum

x21+x2=1−11+x2,\frac{x^2}{1+x^2}=1-\frac{1}{1+x^2},

obținem

I=ln⁡2−2∫01(1−11+x2) dx.I=\ln2-2\int_0^1\left(1-\frac{1}{1+x^2}\right)\,dx.

Prin urmare,

I=ln⁡2−2(x−arctan⁡x)∣01=ln⁡2−2(1−π4)=ln⁡2−2+π2.I=\ln2-2\left(x-\arctan x\right)\Big|_0^1 = \ln2-2\left(1-\frac{\pi}{4}\right) = \ln2-2+\frac{\pi}{2}.

Aria este

A=2+I=2+ln⁡2−2+π2=π2+ln⁡2.A=2+I=2+\ln2-2+\frac{\pi}{2} = \frac{\pi}{2}+\ln2.

Deoarece aria este egală cu aπ+ln⁡2a\pi+\ln2, rezultă

a=12.a=\frac12.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 18 subpuncte au fost rezolvate în ordinea din subiect.
  • La subiectul I sunt indicate formulele folosite și rezultatele finale simplificate.
  • La matrice au fost verificate determinantul, identitatea de produs și comparația elementelor pentru determinarea lui x,yx,y.
  • La polinom au fost tratate separat cazurile m=2m=2, m=0m=0 și condiția pentru rădăcina 1+31+\sqrt3.
  • La analiza funcției exponențiale au fost precizate domeniul, derivata, monotonia, limitele și argumentul pentru exact trei soluții.
  • La integrale au fost justificate simplificările, substituția, integrarea prin părți și semnul funcției pentru calculul ariei.
  • Rezultatele finale au fost verificate: a6=28a_6=28, m=3m=3, x=4x=4, 1515, C(7,5)C(7,5), R=23R=2\sqrt3, (x,y)=(5,−15)(x,y)=(5,-15), m=−4m=-4, respectiv a=12a=\frac12.