BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate șt. naturii 2020 · August–Septembrie

Varianta 03

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Într-o progresie aritmetică, rația este
r=a3−a2=5−3=2.r=a_3-a_2=5-3=2.

Atunci

a1=a2−r=3−2=1.a_1=a_2-r=3-2=1.

Prin urmare, primul termen este 1\boxed{1}.

  1. Avem
f(n)=n2−1.f(n)=n^2-1.

Condiția f(n)=3f(n)=3 devine

n2−1=3⟺n2=4.n^2-1=3 \Longleftrightarrow n^2=4.

Deoarece nn este număr natural, rezultă n=2\boxed{n=2}.

  1. Rezolvăm ecuația
x2−9=(x−1)2.x^2-9=(x-1)^2.

Dezvoltând membrul drept, obținem

x2−9=x2−2x+1.x^2-9=x^2-2x+1.

Scădem x2x^2 din ambii membri:

−9=−2x+1⟺−10=−2x⟺x=5.-9=-2x+1 \Longleftrightarrow -10=-2x \Longleftrightarrow x=5.

Verificarea este imediată:

52−9=16,(5−1)2=16.5^2-9=16,\qquad (5-1)^2=16.

Soluția este x=5\boxed{x=5}.

  1. Numărul submulțimilor cu trei elemente ale mulțimii {1,2,3,4}\{1,2,3,4\} este
C43=4!3!⋅1!=4.C_4^3=\frac{4!}{3!\cdot 1!}=4.

Răspunsul este 4\boxed{4}.

  1. Pentru ca patrulaterul MNPQMNPQ să fie trapez cu bazele MNMN și PQPQ, trebuie să avem MN∥PQMN\parallel PQ.

Panta dreptei MNMN este

mMN=3−13−1=1.m_{MN}=\frac{3-1}{3-1}=1.

Panta dreptei PQPQ este

mPQ=a−31−4=3−a3.m_{PQ}=\frac{a-3}{1-4}=\frac{3-a}{3}.

Condiția de paralelism dă

mMN=mPQ⟺1=3−a3⟺3=3−a⟺a=0.m_{MN}=m_{PQ}\Longleftrightarrow 1=\frac{3-a}{3} \Longleftrightarrow 3=3-a \Longleftrightarrow a=0.

Deci a=0\boxed{a=0}.

  1. Triunghiul este dreptunghic, iar BCBC este ipotenuza. Pentru unghiul BB,
cos⁡B=ABBC.\cos B=\frac{AB}{BC}.

Din date:

12=5BC.\frac{1}{2}=\frac{5}{BC}.

Rezultă

BC=10.BC=10.

Lungimea ipotenuzei este 10\boxed{10}.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A=(a00b).A=\begin{pmatrix}a&0\\0&b\end{pmatrix}.
  • a) Calculăm:
A⋅A=(a00b)(a00b)=(a200b2).A\cdot A= \begin{pmatrix}a&0\\0&b\end{pmatrix} \begin{pmatrix}a&0\\0&b\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}a^2&0\\0&b^2\end{pmatrix}.

Prin urmare,

det⁡(A⋅A)=∣a200b2∣=a2b2.\det(A\cdot A)= \begin{vmatrix}a^2&0\\0&b^2\end{vmatrix} =a^2b^2.

Am arătat că det⁡(A⋅A)=a2b2\boxed{\det(A\cdot A)=a^2b^2}, pentru orice a,b∈Ra,b\in\mathbb{R}.

  • b) Fie
X=(xyzt),x,y,z,t∈R.X=\begin{pmatrix}x&y\\z&t\end{pmatrix},\qquad x,y,z,t\in\mathbb{R}.

Atunci

A⋅X=(axaybzbt),X⋅A=(axbyazbt).A\cdot X= \begin{pmatrix}ax&ay\\bz&bt\end{pmatrix}, \qquad X\cdot A= \begin{pmatrix}ax&by\\az&bt\end{pmatrix}.

Din A⋅X=X⋅AA\cdot X=X\cdot A obținem

ay=by,bz=az.ay=by,\qquad bz=az.

Așadar

(a−b)y=0,(a−b)z=0.(a-b)y=0,\qquad (a-b)z=0.

Dacă a≠ba\ne b, rezultă

y=0,z=0.y=0,\qquad z=0.

Deci există x,t∈Rx,t\in\mathbb{R} astfel încât

X=(x00t).X=\begin{pmatrix}x&0\\0&t\end{pmatrix}.
  • c) Pentru a=4a=4 și b=0b=0,
A=(4000).A=\begin{pmatrix}4&0\\0&0\end{pmatrix}.

Căutăm matricele Y∈M2(R)Y\in M_2(\mathbb{R}) pentru care Y⋅Y=AY\cdot Y=A.

Din Y2=AY^2=A rezultă

A⋅Y=Y2Y=Y3=YY2=Y⋅A.A\cdot Y=Y^2Y=Y^3=YY^2=Y\cdot A.

Deoarece pentru această matrice AA valorile diagonale 44 și 00 sunt distincte, aplicând rezultatul de la punctul b), orice astfel de matrice YY este diagonală:

Y=(α00β).Y=\begin{pmatrix}\alpha&0\\0&\beta\end{pmatrix}.

Atunci

Y2=(α200β2)=(4000).Y^2= \begin{pmatrix}\alpha^2&0\\0&\beta^2\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}4&0\\0&0\end{pmatrix}.

Rezultă

α2=4,β2=0,\alpha^2=4,\qquad \beta^2=0,

deci

α∈{−2,2},β=0.\alpha\in\{-2,2\},\qquad \beta=0.

Matricele cerute sunt

Y=(2000)sauY=(−2000).\boxed{ Y=\begin{pmatrix}2&0\\0&0\end{pmatrix} \quad\text{sau}\quad Y=\begin{pmatrix}-2&0\\0&0\end{pmatrix} }.
  1. Pe mulțimea M=[0,+∞)M=[0,+\infty) se definește legea
x∗y=xy+1+yx+1.x*y=x\sqrt{y+1}+y\sqrt{x+1}.
  • a) Calculăm:
3∗3=33+1+33+1=3⋅2+3⋅2=12.3*3=3\sqrt{3+1}+3\sqrt{3+1} =3\cdot 2+3\cdot 2=12.

Deci 3∗3=12\boxed{3*3=12}.

  • b) Pentru orice x∈Mx\in M,
x∗0=x0+1+0x+1=x⋅1+0=x,x*0=x\sqrt{0+1}+0\sqrt{x+1}=x\cdot 1+0=x,

iar

0∗x=0x+1+x0+1=0+x⋅1=x.0*x=0\sqrt{x+1}+x\sqrt{0+1}=0+x\cdot 1=x.

Prin urmare,

x∗0=0∗x=x,∀x∈M.\boxed{x*0=0*x=x},\qquad \forall x\in M.
  • c) Trebuie să determinăm x∈Mx\in M pentru care
(x2+2x)∗3=7.(x^2+2x)*3=7.

Notăm u=x2+2xu=x^2+2x. Pentru x∈[0,+∞)x\in[0,+\infty), avem u∈Mu\in M. Atunci

u∗3=u3+1+3u+1=2u+3u+1.u*3=u\sqrt{3+1}+3\sqrt{u+1} =2u+3\sqrt{u+1}.

În cazul nostru,

u+1=x2+2x+1=(x+1)2.u+1=x^2+2x+1=(x+1)^2.

Deoarece x∈[0,+∞)x\in[0,+\infty), avem x+1>0x+1>0, deci

(x+1)2=x+1.\sqrt{(x+1)^2}=x+1.

Ecuația devine

2(x2+2x)+3(x+1)=7.2(x^2+2x)+3(x+1)=7.

Simplificăm:

2x2+4x+3x+3=7⟺2x2+7x−4=0.2x^2+4x+3x+3=7 \Longleftrightarrow 2x^2+7x-4=0.

Discriminantul este

Δ=72−4⋅2⋅(−4)=49+32=81.\Delta=7^2-4\cdot 2\cdot(-4)=49+32=81.

Astfel,

x=−7±94.x=\frac{-7\pm 9}{4}.

Obținem

x=12saux=−4.x=\frac12 \quad\text{sau}\quad x=-4.

Cum x∈M=[0,+∞)x\in M=[0,+\infty), soluția admisă este

x=12.\boxed{x=\frac12}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(−1,+∞)→R,f(x)=xln⁡(x+1).f:(-1,+\infty)\to\mathbb{R},\qquad f(x)=x\ln(x+1).
  • a) Funcția este definită pentru x+1>0x+1>0, adică x>−1x>-1. Folosind regula produsului,
f′(x)=1⋅ln⁡(x+1)+x⋅1x+1.f'(x)=1\cdot \ln(x+1)+x\cdot \frac{1}{x+1}.

Deci

f′(x)=ln⁡(x+1)+xx+1,x∈(−1,+∞).\boxed{f'(x)=\ln(x+1)+\frac{x}{x+1}},\qquad x\in(-1,+\infty).
  • b) Calculăm derivata a doua:
f′′(x)=1x+1+(xx+1)′.f''(x)=\frac{1}{x+1}+\left(\frac{x}{x+1}\right)'.

Deoarece

(xx+1)′=x+1−x(x+1)2=1(x+1)2,\left(\frac{x}{x+1}\right)'=\frac{x+1-x}{(x+1)^2}=\frac{1}{(x+1)^2},

obținem

f′′(x)=1x+1+1(x+1)2=x+2(x+1)2.f''(x)=\frac{1}{x+1}+\frac{1}{(x+1)^2} =\frac{x+2}{(x+1)^2}.

Pentru x∈(−1,+∞)x\in(-1,+\infty), avem x+2>0x+2>0 și (x+1)2>0(x+1)^2>0, deci

f′′(x)>0.f''(x)>0.

Prin urmare, funcția ff este convexă pe (−1,+∞)(-1,+\infty).

  • c) Se consideră
g:(−1,0]→R,g(x)=(x+1)x.g:(-1,0]\to\mathbb{R},\qquad g(x)=(x+1)^x.

Pentru x∈(−1,0]x\in(-1,0], avem x+1∈(0,1]x+1\in(0,1], deci funcția este bine definită și

g(x)=exln⁡(x+1)=ef(x).g(x)=e^{x\ln(x+1)}=e^{f(x)}.

Pentru x∈(−1,0]x\in(-1,0],

ln⁡(x+1)≤0,xx+1≤0,\ln(x+1)\le 0,\qquad \frac{x}{x+1}\le 0,

deoarece x+1>0x+1>0 și x≤0x\le 0. Astfel,

f′(x)=ln⁡(x+1)+xx+1≤0.f'(x)=\ln(x+1)+\frac{x}{x+1}\le 0.

Deci ff este descrescătoare pe (−1,0](-1,0]. Cum funcția exponențială este crescătoare, rezultă că și g=efg=e^f este descrescătoare pe (−1,0](-1,0].

Prin urmare, dacă x1,x2∈(−1,0]x_1,x_2\in(-1,0] și x1≤x2x_1\le x_2, atunci

g(x1)≥g(x2).g(x_1)\ge g(x_2).
  1. Se consideră funcția
f:[0,1]→R,f(x)=1−x3.f:[0,1]\to\mathbb{R},\qquad f(x)=1-x^3.
  • a) Calculăm:
∫01f(x) dx=∫01(1−x3) dx=[x−x44]01=1−14=34.\int_0^1 f(x)\,dx=\int_0^1(1-x^3)\,dx =\left[x-\frac{x^4}{4}\right]_0^1 =1-\frac14=\frac34.

Deci

∫01f(x) dx=34.\boxed{\int_0^1 f(x)\,dx=\frac34}.
  • b) Avem
∫01x2(f(x))3 dx=∫01x2(1−x3)3 dx.\int_0^1 x^2(f(x))^3\,dx =\int_0^1 x^2(1-x^3)^3\,dx.

Facem substituția

t=1−x3,dt=−3x2 dx.t=1-x^3,\qquad dt=-3x^2\,dx.

Pentru x=0x=0, t=1t=1, iar pentru x=1x=1, t=0t=0. Atunci

∫01x2(1−x3)3 dx=−13∫10t3 dt=13∫01t3 dt.\int_0^1 x^2(1-x^3)^3\,dx =-\frac13\int_1^0 t^3\,dt =\frac13\int_0^1 t^3\,dt.

Rezultă

13∫01t3 dt=13[t44]01=13⋅14=112.\frac13\int_0^1 t^3\,dt =\frac13\left[\frac{t^4}{4}\right]_0^1 =\frac13\cdot\frac14 =\frac{1}{12}.

Deci

∫01x2(f(x))3 dx=112.\boxed{\int_0^1 x^2(f(x))^3\,dx=\frac{1}{12}}.
  • c) Pentru x∈[0,1]x\in[0,1],
0≤x3≤1,0\le x^3\le 1,

deci

0≤f(x)=1−x3≤1.0\le f(x)=1-x^3\le 1.

Dacă nn este număr natural nenul, atunci pentru orice a∈[0,1]a\in[0,1] avem

an+1≤an.a^{n+1}\le a^n.

Aplicând pentru a=f(x)a=f(x), obținem

(f(x))n+1≤(f(x))n,∀x∈[0,1].(f(x))^{n+1}\le (f(x))^n,\qquad \forall x\in[0,1].

Integrând pe intervalul [0,1][0,1], rezultă

∫01(f(x))n+1 dx≤∫01(f(x))n dx,\boxed{\int_0^1 (f(x))^{n+1}\,dx\le \int_0^1 (f(x))^n\,dx},

pentru orice număr natural nenul nn.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 18 subpuncte sunt rezolvate în ordinea din subiect.
  • Am verificat condițiile de domeniu: n∈Nn\in\mathbb{N}, x∈[0,+∞)x\in[0,+\infty), x>−1x>-1, respectiv x∈[0,1]x\in[0,1].
  • Demonstrațiile pentru matrice, legea de compoziție, convexitate, monotonie și inegalitatea integralelor includ pașii justificativi necesari.
  • Calculele algebrice, determinanții, derivatele și integralele au fost reverificate pentru coerență cu enunțul și baremul.