SUBIECTUL I
- În progresia geometrică (bn)n≥1, termenii consecutivi verifică
b3=b2⋅q,
unde q este rația. Deoarece b2=20=0, avem
q=b2b3=20100=5.
Atunci
b2=b1⋅q,
deci
20=5b1⟺b1=4.
Prin urmare,
b1=4.
- Condiția f(a)=g(a) devine
4a+3=a−3.
Rezultă
4a−a=−3−3⟺3a=−6⟺a=−2.
Așadar,
a=−2.
- Ecuația este
9x⋅33=3x+2.
Scriem 9=32:
(32)x⋅33=3x+2.
Prin regulile puterilor,
32x⋅33=3x+2⟺32x+3=3x+2.
Funcția exponențială de bază 3 este injectivă, deci
2x+3=x+2.
De aici
x=−1.
Soluția este
x=−1.
- Numerele naturale de două cifre sunt
10,11,…,99,
deci sunt
99−10+1=90
de numere.
Numerele pare de două cifre sunt
10,12,14,…,98,
iar numărul lor este
298−10+1=44+1=45.
Probabilitatea cerută este
P=9045=21.
Prin urmare,
P=21.
- Avem
OB=(6,2)
și
AC=(4−1,a−3)=(3,a−3).
Condiția ca dreptele AC și OB să fie paralele este echivalentă cu faptul că vectorii AC și OB sunt coliniari. Așadar,
36a−32=0.
Calculăm determinantul:
3⋅2−6(a−3)=0.
Rezultă
6−6a+18=0⟺24−6a=0⟺a=4.
Numărul real cerut este
a=4.
- Triunghiul ABC este dreptunghic în A, deci BC este ipotenuza. Din enunț,
BC=AB2.
Aplicăm teorema lui Pitagora:
BC2=AB2+AC2.
Înlocuind BC=AB2, obținem
(AB2)2=AB2+AC2,
adică
2AB2=AB2+AC2.
Prin urmare,
AC2=AB2.
Cum lungimile sunt pozitive, rezultă
AC=AB.
Aria triunghiului dreptunghic este
AABC=2AB⋅AC.
Deoarece aria este 32 și AB=AC, avem
2AC2=32.
Rezultă
AC2=64,
deci
AC=8.
SUBIECTUL al II-lea
1.
Se consideră
M(x)=2x−x03x−2x0−31x+1.
M(0)=000000−311.
Primele două coloane ale matricei M(0) sunt coloane nule. Prin urmare, determinantul este nul:
det(M(0))=0.
- b) Calculăm produsul M(x)M(y):
M(x)M(y)=xy000xy0−3(x+y+1)x+y+1xy+x+y+1.
Atunci
M(x)M(y)−xyI3=000000−3(x+y+1)x+y+1x+y+1.
Scoatem factor comun x+y+1:
M(x)M(y)−xyI3=(x+y+1)000000−311.
Dar
000000−311=M(0).
Prin urmare,
M(x)M(y)−xyI3=(x+y+1)M(0)
pentru orice x,y∈R.
- c) Folosim relația demonstrată la punctul b).
Pentru M(1)M(x), substituim în relația de la b) prima variabilă cu 1 și a doua variabilă cu x:
M(1)M(x)−xI3=(x+2)M(0),
deci
M(1)M(x)=xI3+(x+2)M(0).
Pentru M(2)M(2x), substituim prima variabilă cu 2 și a doua variabilă cu 2x:
M(2)M(2x)−xI3=(2+2x+1)M(0).
Astfel,
M(2)M(2x)=xI3+(2x+3)M(0).
Scădem cele două egalități:
M(1)M(x)−M(2)M(2x)=(x+2−2x−3)M(0).
Deci
M(1)M(x)−M(2)M(2x)=(2x−1)M(0).
Condiția din enunț devine
(2x−1)M(0)=2M(0).
Matricea M(0) nu este matricea nulă, de exemplu elementul de pe poziția (2,3) este 1. Comparând acest element, obținem
2x−1=2.
Rezultă
2x=3,
deci
x=6.
2.
Pe R este definită legea
x∗y=5(x−1)(y−1)+1.
1∗3=5(1−1)(3−1)+1.
Deoarece 1−1=0, rezultă
1∗3=5⋅0⋅2+1=1.
Așadar,
1∗3=1.
- b) Arătăm că e=56 este element neutru. Pentru orice x∈R,
x∗56=5(x−1)(56−1)+1.
Cum
56−1=51,
avem
x∗56=5(x−1)⋅51+1=x−1+1=x.
De asemenea,
56∗x=5(56−1)(x−1)+1=5⋅51(x−1)+1=x.
Prin urmare,
e=56
este elementul neutru al legii ∗.
- c) Legea este comutativă, deoarece formula
x∗y=5(x−1)(y−1)+1
este simetrică în x și y. Astfel, numărul 25m este simetricul elementului n dacă
n∗25m=e=56.
Scriem condiția:
5(n−1)(25m−1)+1=56.
Deoarece
25m−1=25m−25,
rezultă
5(n−1)⋅25m−25+1=56.
Simplificăm:
5(n−1)(m−25)+1=56.
Prin urmare,
5(n−1)(m−25)=51,
deci
(n−1)(m−25)=1.
Factorii n−1 și m−25 sunt numere întregi. Cum produsul lor este 1, avem cazurile:
{n−1=1,m−25=1,sau{n−1=−1,m−25=−1.
Din primul caz obținem
n=2,m=26.
Din al doilea caz obținem
n=0,m=24.
Ambele perechi sunt formate din numere naturale. Așadar,
(m,n)∈{(26,2),(24,0)}.
SUBIECTUL al III-lea
1.
Se consideră funcția
f:(0,+∞)→R,f(x)=x2x−2+lnx.
- a) Pentru x∈(0,+∞), scriem
f(x)=2−x2+xlnx.
Derivăm termen cu termen:
(2)′=0,(−x2)′=x22.
Pentru ultimul termen,
(xlnx)′=x2x1⋅x−lnx⋅1=x21−lnx.
Prin urmare,
f′(x)=x22+x21−lnx=x23−lnx.
Așadar,
f′(x)=x23−lnx,x∈(0,+∞).
x→1limlnxf(x).
Avem
x→1limf(x)=f(1)=12−2+ln1=0
și
x→1limlnx=0,
deci este o formă nedeterminată de tip 00. Aplicăm regula lui l’Hôpital:
x→1limlnxf(x)=x→1lim(lnx)′f′(x).
Folosind rezultatul de la punctul a),
(lnx)′f′(x)=x1x23−lnx=x3−lnx.
Prin urmare,
x→1limlnxf(x)=x→1limx3−lnx=13−0=3.
Deci
x→1limlnxf(x)=3.
- c) Pentru x∈(0,+∞), avem
f′(x)=x23−lnx.
Cum x2>0, semnul derivatei este semnul lui 3−lnx. Astfel,
3−lnx=0⟺lnx=3⟺x=e3.
Rezultă că f este strict crescătoare pe (0,e3) și strict descrescătoare pe (e3,+∞).
Calculăm valoarea maximă:
f(e3)=e32e3−2+ln(e3)=e32e3−2+3=e32e3+1=2+e31.
Deoarece e>1, avem
0<e31<1,
deci
2<2+e31<3.
Mai mult,
x→0+limf(x)=−∞,
iar funcția este continuă pe (0,+∞). Prin urmare, ecuația f(x)=m are cel puțin o soluție pentru orice
m≤2+e31.
Cel mai mare număr întreg cu această proprietate este
m=2.
Verificare: pentru m=2,
f(x)=2⟺x2x−2+lnx=2⟺lnx=2,
de unde x=e2, care aparține domeniului.
2.
Se consideră funcția
f:R→R,f(x)=exx+4.
f(x)ex=exx+4⋅ex=x+4.
Prin urmare,
∫02f(x)exdx=∫02(x+4)dx.
Calculăm:
∫02(x+4)dx=[2x2+4x]02=(24+8)−0=10.
Așadar,
∫02f(x)exdx=10.
∫01f(x)dx=∫01(x+4)e−xdx.
Observăm că
(−(x+5)e−x)′=−e−x+(x+5)e−x=(x+4)e−x.
Deci
∫01(x+4)e−xdx=[−(x+5)e−x]01.
Calculăm:
[−(x+5)e−x]01=−6e−1−(−5e0)=−e6+5.
Prin urmare,
∫01f(x)dx=5−e6.
- c) Pentru fiecare n∈N∗,
In=∫01f(x)xndx.
Deoarece
f(x)=exx+4,
iar x+4>0 și ex>0 pe [0,1], integralele sunt bine definite.
Calculăm:
In+1+4In=∫01f(x)xn+1dx+4∫01f(x)xndx.
Prin liniaritatea integralei,
In+1+4In=∫01f(x)xn+1+4xndx.
Factorizăm:
xn+1+4xn=xn(x+4).
Atunci
In+1+4In=∫01exx+4xn(x+4)dx=∫01xnexdx.
Pentru x∈[0,1], avem
ex≤e.
De asemenea, xn≥0, deci
xnex≤exn.
Prin urmare,
In+1+4In≤e∫01xndx.
Calculăm
∫01xndx=[n+1xn+1]01=n+11.
Rezultă
In+1+4In≤n+1e,
pentru orice n∈N∗.
Autoevaluare pentru punctaj maxim
- Toate cele 18 subpuncte au fost rezolvate în ordinea din subiect.
- Au fost verificate condițiile de definiție pentru logaritmi, funcția exponențială, integralele cu f(x)1 și lungimile din geometrie.
- La matrice s-au calculat explicit determinantul nul, produsul M(x)M(y) și ecuația matricială folosind relația demonstrată.
- La legea de compoziție s-au verificat elementul neutru bilateral și condiția de simetric prin raportare la elementul neutru.
- La studiul funcției s-au justificat derivata, monotonia, valoarea maximă și alegerea celui mai mare număr întreg.
- Integralele și inegalitatea cu In au fost calculate cu pași expliciți, iar rezultatele finale sunt simplificate și marcate clar.