BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2023 · Iunie–Iulie

Varianta 01

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Se consideră z=3+iz=3+i. Atunci
z2i=3+i2i=3i.z-2i=3+i-2i=3-i.

Prin urmare,

z(z2i)=(3+i)(3i)=32i2=9(1)=10.z(z-2i)=(3+i)(3-i)=3^2-i^2=9-(-1)=10.
  1. Pentru orice xRx\in\mathbb{R},
f(2x)=52x+1=10x+1,2f(x)=2(5x+1)=10x+2.f(2x)=5\cdot 2x+1=10x+1,\qquad 2f(x)=2(5x+1)=10x+2.

Deci

f(2x)2f(x)=10x+1(10x+2)=1.f(2x)-2f(x)=10x+1-(10x+2)=-1.
  1. Ecuația este
x32x+23=x.\sqrt[3]{x^3-2x+2}=x.

Funcția uu3u\mapsto u^3 este injectivă pe R\mathbb{R}, deci putem ridica la puterea a treia fără a introduce soluții false:

x32x+2=x3.x^3-2x+2=x^3.

Rezultă

2x+2=0x=1.-2x+2=0 \Longleftrightarrow x=1.

Verificare:

1321+23=13=1.\sqrt[3]{1^3-2\cdot 1+2}=\sqrt[3]{1}=1.

Soluția este x=1x=1.

  1. Mulțimea numerelor naturale de două cifre este
A={10,11,,99},A=\{10,11,\ldots,99\},

deci are 9090 de elemente. Condiția ca n+5n+5 să fie multiplu de 1010 este

n+50(mod10)n5(mod10).n+5\equiv 0\pmod {10}\Longleftrightarrow n\equiv 5\pmod {10}.

Numerele de două cifre care se termină în cifra 55 sunt

15,25,35,45,55,65,75,85,95,15,25,35,45,55,65,75,85,95,

adică 99 numere favorabile. Probabilitatea este

P=990=110.P=\frac{9}{90}=\frac{1}{10}.
  1. Punctele sunt A(4,0)A(4,0) și B(5,4)B(5,4). Panta dreptei ABAB este
mAB=4054=4.m_{AB}=\frac{4-0}{5-4}=4.

Dreapta dd trece prin O(0,0)O(0,0) și este paralelă cu ABAB, deci are aceeași pantă:

d: y=4x.d:\ y=4x.
  1. Triunghiul ABCABC este isoscel și dreptunghic în AA, deci catetele sunt egale. Notăm
AB=AC=a.AB=AC=a.

Aria triunghiului este

ABAC2=a22=4,\frac{AB\cdot AC}{2}=\frac{a^2}{2}=4,

de unde

a2=8.a^2=8.

Prin teorema lui Pitagora,

BC2=AB2+AC2=a2+a2=2a2=16.BC^2=AB^2+AC^2=a^2+a^2=2a^2=16.

Cum BC>0BC>0, rezultă

BC=4.BC=4.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A(a)=(21211aaa+12).A(a)=\begin{pmatrix} 2&1&2\\ 1&-1&a\\ a&a+1&-2 \end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0,
A(0)=(212110012).A(0)=\begin{pmatrix} 2&1&2\\ 1&-1&0\\ 0&1&-2 \end{pmatrix}.

Calculăm determinantul:

det(A(0))=2101211002+21101.\det(A(0)) = 2\begin{vmatrix}-1&0\\1&-2\end{vmatrix} -1\begin{vmatrix}1&0\\0&-2\end{vmatrix} +2\begin{vmatrix}1&-1\\0&1\end{vmatrix}.

Astfel,

det(A(0))=221(2)+21=4+2+2=8.\det(A(0))=2\cdot 2-1\cdot(-2)+2\cdot 1=4+2+2=8.
  • b) Calculăm determinantul matricei A(a)A(a):
det(A(a))=21aa+121aa2+211aa+1.\det(A(a)) = 2\begin{vmatrix}-1&a\\a+1&-2\end{vmatrix} -\begin{vmatrix}1&a\\a&-2\end{vmatrix} +2\begin{vmatrix}1&-1\\a&a+1\end{vmatrix}.

Rezultă

det(A(a))=2(2a(a+1))(2a2)+2(a+1+a).\det(A(a)) =2\bigl(2-a(a+1)\bigr)-(-2-a^2)+2\bigl(a+1+a\bigr).

Deci

det(A(a))=42a22a+2+a2+4a+2=a2+2a+8.\det(A(a))=4-2a^2-2a+2+a^2+4a+2=-a^2+2a+8.

Factorizăm:

a2+2a+8=(a22a8)=(a4)(a+2).-a^2+2a+8=-(a^2-2a-8)=-(a-4)(a+2).

Matricea este inversabilă dacă și numai dacă determinantul este nenul:

det(A(a))0a4, a2.\det(A(a))\ne 0 \Longleftrightarrow a\ne 4,\ a\ne -2.

Mulțimea cerută este

R{2,4}.\mathbb{R}\setminus\{-2,4\}.
  • c) Pentru a=2a=-2, sistemul devine
{2x+y+2z=2xy2z=42xy2z=2.\begin{cases} 2x+y+2z=2\\ x-y-2z=4\\ -2x-y-2z=-2 \end{cases}.

A treia ecuație este opusul primei, deci folosim primele două ecuații. Adunându-le, obținem

(2x+y+2z)+(xy2z)=2+4,(2x+y+2z)+(x-y-2z)=2+4,

adică

3x=6x=2.3x=6 \Longleftrightarrow x=2.

Din a doua ecuație,

2y2z=4y+2z=2.2-y-2z=4 \Longleftrightarrow y+2z=-2.

Pentru orice soluție (x0,y0,z0)(x_0,y_0,z_0) avem x0=2x_0=2 și y0+2z0=2y_0+2z_0=-2, deci

x0z0+y0=2z0+y0=2.x_0z_0+y_0=2z_0+y_0=-2.
  1. Pe R\mathbb{R} este definită legea
xy=xy+(2x2)(2y2).x\circ y=xy+(2^x-2)(2^y-2).
  • a) Avem
23=23+(222)(232).2\circ 3=2\cdot 3+(2^2-2)(2^3-2).

Prin urmare,

23=6+(42)(82)=6+26=18.2\circ 3=6+(4-2)(8-2)=6+2\cdot 6=18.
  • b) Arătăm că e=1e=1 este element neutru. Pentru orice xRx\in\mathbb{R},
x1=x1+(2x2)(212)=x+(2x2)0=x.x\circ 1=x\cdot 1+(2^x-2)(2^1-2)=x+(2^x-2)\cdot 0=x.

De asemenea,

1x=1x+(212)(2x2)=x+0(2x2)=x.1\circ x=1\cdot x+(2^1-2)(2^x-2)=x+0\cdot(2^x-2)=x.

Deci 11 este element neutru al legii de compoziție.

  • c) Pentru orice xRx\in\mathbb{R},
x(x)=x(x)+(2x2)(2x2).x\circ(-x)=x(-x)+(2^x-2)(2^{-x}-2).

Deoarece 2x2x=12^x\cdot 2^{-x}=1, obținem

(2x2)(2x2)=122x22x+4=52(2x+2x).(2^x-2)(2^{-x}-2)=1-2\cdot 2^x-2\cdot 2^{-x}+4 =5-2(2^x+2^{-x}).

Astfel,

x(x)=x2+52(2x+2x).x\circ(-x)=-x^2+5-2(2^x+2^{-x}).

Pentru 2x>02^x>0, avem

2x+2x22^x+2^{-x}\ge 2

din inegalitatea u+1u2u+\frac1u\ge 2, pentru u>0u>0. Prin urmare,

x(x)x2+54=1x21.x\circ(-x)\le -x^2+5-4=1-x^2\le 1.

Deci

x(x)1,xR.x\circ(-x)\le 1,\qquad \forall x\in\mathbb{R}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(1,+)R,f(x)=x+3lnx+3x1.f:(1,+\infty)\to\mathbb{R},\qquad f(x)=x+3\ln\frac{x+3}{x-1}.
  • a) Pentru x(1,+)x\in(1,+\infty), avem x1>0x-1>0 și x+3>0x+3>0, deci funcția este derivabilă pe domeniul dat. Scriem
f(x)=x+3(ln(x+3)ln(x1)).f(x)=x+3\bigl(\ln(x+3)-\ln(x-1)\bigr).

Atunci

f(x)=1+3(1x+31x1).f'(x)=1+3\left(\frac{1}{x+3}-\frac{1}{x-1}\right).

Deci

f(x)=1+3x1x3(x+3)(x1)=112(x1)(x+3).f'(x)=1+3\cdot\frac{x-1-x-3}{(x+3)(x-1)} =1-\frac{12}{(x-1)(x+3)}.

Aducând la același numitor,

f(x)=(x1)(x+3)12(x1)(x+3)=x2+2x15(x1)(x+3).f'(x)=\frac{(x-1)(x+3)-12}{(x-1)(x+3)} =\frac{x^2+2x-15}{(x-1)(x+3)}.
  • b) Asimptota oblică spre ++\infty are forma y=mx+ny=mx+n, unde
m=limx+f(x)x.m=\lim_{x\to+\infty}\frac{f(x)}{x}.

Avem

f(x)x=1+3xlnx+3x1.\frac{f(x)}{x} =1+\frac{3}{x}\ln\frac{x+3}{x-1}.

Cum

x+3x1=1+4x11,\frac{x+3}{x-1}=1+\frac{4}{x-1}\to 1,

rezultă

lnx+3x10,\ln\frac{x+3}{x-1}\to 0,

deci m=1m=1. Mai departe,

n=limx+(f(x)x)=limx+3lnx+3x1=0.n=\lim_{x\to+\infty}\bigl(f(x)-x\bigr) =\lim_{x\to+\infty}3\ln\frac{x+3}{x-1}=0.

Asimptota oblică spre ++\infty este

y=x.y=x.
  • c) Definim, pentru x(1,+)x\in(1,+\infty),
g(x)=lnx+33(x1)1+x3.g(x)=\ln\frac{x+3}{3(x-1)}-1+\frac{x}{3}.

Trebuie să demonstrăm că g(x)0g(x)\ge 0. Derivata este

g(x)=1x+31x1+13.g'(x)=\frac{1}{x+3}-\frac{1}{x-1}+\frac{1}{3}.

Astfel,

g(x)=4(x1)(x+3)+13=(x1)(x+3)123(x1)(x+3).g'(x)=\frac{-4}{(x-1)(x+3)}+\frac{1}{3} =\frac{(x-1)(x+3)-12}{3(x-1)(x+3)}.

Deci

g(x)=x2+2x153(x1)(x+3)=(x3)(x+5)3(x1)(x+3).g'(x)=\frac{x^2+2x-15}{3(x-1)(x+3)} =\frac{(x-3)(x+5)}{3(x-1)(x+3)}.

Pe intervalul (1,+)(1,+\infty), numitorul este pozitiv și x+5>0x+5>0. Prin urmare,

g(x)<0 pe (1,3),g(3)=0,g(x)>0 pe (3,+).g'(x)<0\ \text{pe }(1,3),\qquad g'(3)=0,\qquad g'(x)>0\ \text{pe }(3,+\infty).

Rezultă că gg are minim global în x=3x=3. Calculăm

g(3)=ln3+33(31)1+33=ln11+1=0.g(3)=\ln\frac{3+3}{3(3-1)}-1+\frac{3}{3} =\ln 1-1+1=0.

Așadar

g(x)g(3)=0,x(1,+).g(x)\ge g(3)=0,\qquad \forall x\in(1,+\infty).

Prin urmare,

lnx+33(x1)1x3,x(1,+).\ln\frac{x+3}{3(x-1)}\ge 1-\frac{x}{3},\qquad \forall x\in(1,+\infty).
  1. Se consideră funcția
f:RR,f(x)=(x2+2x)ex.f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=(x^2+2x)e^{-x}.
  • a) Observăm că
f(x)ex=(x2+2x)exex=x2+2x.f(x)e^x=(x^2+2x)e^{-x}e^x=x^2+2x.

Deci

03f(x)exdx=03(x2+2x)dx.\int_0^3 f(x)e^x\,dx=\int_0^3 (x^2+2x)\,dx.

Calculăm:

03(x2+2x)dx=[x33+x2]03=273+9=9+9=18.\int_0^3 (x^2+2x)\,dx = \left[\frac{x^3}{3}+x^2\right]_0^3 =\frac{27}{3}+9=9+9=18.
  • b) Pentru x[0,1]x\in[0,1], avem x+20x+2\ne 0, iar
f(x)x+2=(x2+2x)exx+2=x(x+2)exx+2=xex.\frac{f(x)}{x+2}=\frac{(x^2+2x)e^{-x}}{x+2} =\frac{x(x+2)e^{-x}}{x+2}=xe^{-x}.

Prin urmare,

01f(x)x+2dx=01xexdx.\int_0^1\frac{f(x)}{x+2}\,dx=\int_0^1 xe^{-x}\,dx.

Prin integrare prin părți, sau folosind primitiva cunoscută,

xexdx=(x+1)ex+C.\int xe^{-x}\,dx=-(x+1)e^{-x}+C.

Atunci

01xexdx=[(x+1)ex]01=2e+1=e2e.\int_0^1 xe^{-x}\,dx = \left[-(x+1)e^{-x}\right]_0^1 =-\frac{2}{e}+1 =\frac{e-2}{e}.
  • c) Notăm
F(x)=0xf(t)dt.F(x)=\int_0^x f(t)\,dt.

Deoarece ff este derivabilă pe R\mathbb{R}, FF este derivabilă și F(x)=f(x)F'(x)=f(x). Limita cerută este

limx0F(x)x2.\lim_{x\to 0}\frac{F(x)}{x^2}.

Avem forma nedeterminată 00\frac00, deoarece F(0)=0F(0)=0. Aplicăm regula lui L’Hôpital:

limx0F(x)x2=limx0f(x)2x.\lim_{x\to 0}\frac{F(x)}{x^2} = \lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{2x}.

Cum f(0)=0f(0)=0, obținem din nou forma 00\frac00. Calculăm derivata lui ff:

f(x)=((x2+2x)(x2+2x))ex=(2x+2x22x)ex=(2x2)ex.f'(x)=\bigl((x^2+2x)'-(x^2+2x)\bigr)e^{-x} =(2x+2-x^2-2x)e^{-x} =(2-x^2)e^{-x}.

Aplicăm încă o dată regula lui L’Hôpital:

limx0f(x)2x=limx0f(x)2=f(0)2=22=1.\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{2x} = \lim_{x\to 0}\frac{f'(x)}{2} = \frac{f'(0)}{2} = \frac{2}{2}=1.

Prin urmare,

limx0(1x20xf(t)dt)=1.\lim_{x\to0}\left(\frac{1}{x^2}\int_0^x f(t)\,dt\right)=1.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Am rezolvat toate cele 6 iteme din SUBIECTUL I, în ordinea cerută.
  • Am calculat determinantul general la SUBIECTUL al II-lea și am tratat separat cazul singular a=2a=-2.
  • Am verificat elementul neutru bilateral și inegalitatea pentru legea de compoziție pe tot domeniul real.
  • Am precizat domeniile relevante pentru logaritmi și integrale.
  • Am justificat asimptota oblică, inegalitatea prin minim global și limita integrală prin L’Hôpital.
  • Rezultatele finale au fost simplificate și verificate algebric.