BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate șt. naturii 2020 · Iunie–Iulie

Varianta 06

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Pentru progresia aritmetică avem formula
an=a1+(n−1)r.a_n=a_1+(n-1)r.

Astfel,

a3=2+2⋅3=8.a_3=2+2\cdot 3=8.

Răspuns: a3=8\boxed{a_3=8}.

  1. Funcția este f(x)=2x+1f(x)=2x+1. Condiția cerută este
f(x2)=9⟺2x2+1=9⟺x2=4⟺x∈{−2,2}.f(x^2)=9 \Longleftrightarrow 2x^2+1=9 \Longleftrightarrow x^2=4 \Longleftrightarrow x\in\{-2,2\}.

Răspuns: x=−2 sau x=2\boxed{x=-2 \text{ sau } x=2}.

  1. Rezolvăm ecuația
32x+2−32x=8.3^{2x+2}-3^{2x}=8.

Scoatem factor comun 32x3^{2x}:

32x(32−1)=8⟺32x⋅8=8⟺32x=1.3^{2x}(3^2-1)=8 \Longleftrightarrow 3^{2x}\cdot 8=8 \Longleftrightarrow 3^{2x}=1.

Cum 30=13^0=1, rezultă

2x=0⟺x=0.2x=0 \Longleftrightarrow x=0.

Răspuns: x=0\boxed{x=0}.

  1. Mulțimea A={1,2,3,4,5,6,7,8,9}A=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9\} are 99 elemente. Divizorii lui 100100 care aparțin lui AA sunt
1, 2, 4, 5,1,\ 2,\ 4,\ 5,

deci sunt 44 cazuri favorabile. Probabilitatea este

P=49.P=\frac{4}{9}.

Răspuns: 49\boxed{\frac49}.

  1. Notăm cu OO punctul de intersecție al diagonalelor paralelogramului ABCDABCD. Într-un paralelogram, diagonalele se înjumătățesc, deci OO este mijlocul segmentelor ACAC și BDBD.

Pentru orice punct PP, vectorul către mijloc dă relațiile

PO→=PA→+PC→2șiPO→=PB→+PD→2.\overrightarrow{PO}=\frac{\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PC}}{2} \quad\text{și}\quad \overrightarrow{PO}=\frac{\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PD}}{2}.

Prin urmare,

PA→+PC→2=PB→+PD→2,\frac{\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PC}}{2} = \frac{\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PD}}{2},

de unde

PA→+PC→=PB→+PD→.\boxed{\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PC} = \overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PD}}.
  1. Folosim formulele trigonometrice:
sin⁡(x−π4)=sin⁡xcos⁡π4−cos⁡xsin⁡π4=22sin⁡x−22cos⁡x,\sin\left(x-\frac{\pi}{4}\right) =\sin x\cos\frac{\pi}{4}-\cos x\sin\frac{\pi}{4} =\frac{\sqrt2}{2}\sin x-\frac{\sqrt2}{2}\cos x, cos⁡(x+π4)=cos⁡xcos⁡π4−sin⁡xsin⁡π4=22cos⁡x−22sin⁡x.\cos\left(x+\frac{\pi}{4}\right) =\cos x\cos\frac{\pi}{4}-\sin x\sin\frac{\pi}{4} =\frac{\sqrt2}{2}\cos x-\frac{\sqrt2}{2}\sin x.

Adunând, obținem

sin⁡(x−π4)+cos⁡(x+π4)=0,\sin\left(x-\frac{\pi}{4}\right)+\cos\left(x+\frac{\pi}{4}\right)=0,

pentru orice x∈Rx\in\mathbb R. Afirmația este demonstrată.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A(a)=(12+aa1+a3+a).A(a)= \begin{pmatrix} 12+a & a\\ 1+a & 3+a \end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0,
A(0)=(12013).A(0)= \begin{pmatrix} 12 & 0\\ 1 & 3 \end{pmatrix}.

Atunci

det⁡(A(0))=∣12013∣=12⋅3−0⋅1=36.\det(A(0))= \begin{vmatrix} 12 & 0\\ 1 & 3 \end{vmatrix} =12\cdot 3-0\cdot 1=36.

Deci det⁡(A(0))=36\boxed{\det(A(0))=36}.

  • b) Avem
A(a)−(12+a)I2=(12+aa1+a3+a)−(12+a0012+a)=(0a1+a−9).A(a)-(12+a)I_2= \begin{pmatrix} 12+a & a\\ 1+a & 3+a \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 12+a & 0\\ 0 & 12+a \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & a\\ 1+a & -9 \end{pmatrix}.

Prin urmare,

det⁡(A(a)−(12+a)I2)=0⋅(−9)−a(1+a)=−a(a+1).\det(A(a)-(12+a)I_2) =0\cdot(-9)-a(1+a) =-a(a+1).

Condiția devine

−a(a+1)=0⟺a=0 sau a=−1.-a(a+1)=0 \Longleftrightarrow a=0 \text{ sau } a=-1.

Răspuns: a∈{−1,0}\boxed{a\in\{-1,0\}}.

  • c) Fie
X=(pqrs),p,q,r,s∈R.X= \begin{pmatrix} p & q\\ r & s \end{pmatrix}, \quad p,q,r,s\in\mathbb R.

Din X⋅X=A(0)X\cdot X=A(0), rezultă

(p2+qrq(p+s)r(p+s)rq+s2)=(12013).\begin{pmatrix} p^2+qr & q(p+s)\\ r(p+s) & rq+s^2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 12 & 0\\ 1 & 3 \end{pmatrix}.

Comparând elementele, obținem în special

q(p+s)=0,r(p+s)=1,rq+s2=3.q(p+s)=0,\qquad r(p+s)=1,\qquad rq+s^2=3.

Din r(p+s)=1r(p+s)=1 rezultă p+s≠0p+s\ne 0. Atunci, din q(p+s)=0q(p+s)=0, avem q=0q=0. Înlocuind în rq+s2=3rq+s^2=3, obținem

s2=3,s^2=3,

deci

s=±3.s=\pm\sqrt3.

Numărul 3\sqrt3 este irațional, deci cel puțin un element al matricei XX este irațional. Afirmația este demonstrată.

  1. Pe R\mathbb R este definită legea
x∘y=x+y3−2.x\circ y=x+\sqrt[3]{y}-2.
  • a) Calculăm direct:
1∘1=1+13−2=1+1−2=0.1\circ 1=1+\sqrt[3]{1}-2=1+1-2=0.

Deci 1∘1=0\boxed{1\circ 1=0}.

  • b) Căutăm a∈Ra\in\mathbb R astfel încât
x∘a=x,∀x∈R.x\circ a=x,\quad \forall x\in\mathbb R.

Avem

x+a3−2=x,∀x∈R,x+\sqrt[3]{a}-2=x,\quad \forall x\in\mathbb R,

deci

a3−2=0⟺a3=2⟺a=8.\sqrt[3]{a}-2=0 \Longleftrightarrow \sqrt[3]{a}=2 \Longleftrightarrow a=8.

Răspuns: a=8\boxed{a=8}.

  • c) Rezolvăm
x∘x6=4.x\circ x^6=4.

Prin definiția legii,

x+x63−2=4.x+\sqrt[3]{x^6}-2=4.

Cum x6=(x2)3x^6=(x^2)^3, avem x63=x2\sqrt[3]{x^6}=x^2. Ecuația devine

x+x2−2=4⟺x2+x−6=0⟺(x+3)(x−2)=0.x+x^2-2=4 \Longleftrightarrow x^2+x-6=0 \Longleftrightarrow (x+3)(x-2)=0.

Prin urmare,

x=−3saux=2.x=-3 \quad \text{sau} \quad x=2.

Răspuns: x∈{−3,2}\boxed{x\in\{-3,2\}}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(1,+∞)→R,f(x)=x2−2x2−1.f:(1,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2-2\sqrt{x^2-1}.
  • a) Pentru x>1x>1, expresia x2−1\sqrt{x^2-1} este bine definită și derivabilă. Derivăm:
f′(x)=2x−2⋅(x2−1)′2x2−1=2x−2⋅2x2x2−1.f'(x)=2x-2\cdot \frac{(x^2-1)'}{2\sqrt{x^2-1}} =2x-2\cdot \frac{2x}{2\sqrt{x^2-1}}.

Deci

f′(x)=2x−2xx2−1=2x(1−1x2−1),x∈(1,+∞).f'(x)=2x-\frac{2x}{\sqrt{x^2-1}} =2x\left(1-\frac{1}{\sqrt{x^2-1}}\right), \quad x\in(1,+\infty).
  • b) Calculăm limita:
x2−f(x)x=x2−(x2−2x2−1)x=2x2−1x.\frac{x^2-f(x)}{x} =\frac{x^2-\left(x^2-2\sqrt{x^2-1}\right)}{x} =\frac{2\sqrt{x^2-1}}{x}.

Pentru x→+∞x\to+\infty, x>0x>0, deci

2x2−1x=21−1x2.\frac{2\sqrt{x^2-1}}{x} =2\sqrt{1-\frac1{x^2}}.

Astfel,

lim⁡x→+∞x2−f(x)x=21=2.\lim_{x\to+\infty}\frac{x^2-f(x)}{x} =2\sqrt{1}=2.

Răspuns: 2\boxed{2}.

  • c) Pentru ca axa OxOx să fie tangentă la grafic, căutăm un punct al graficului cu ordonata 00 și derivata 00.

Rezolvăm f(x)=0f(x)=0, cu x>1x>1:

x2−2x2−1=0⟺x2=2x2−1.x^2-2\sqrt{x^2-1}=0 \Longleftrightarrow x^2=2\sqrt{x^2-1}.

Ambele membre sunt nenegative, deci putem ridica la pătrat:

x4=4(x2−1)⟺x4−4x2+4=0⟺(x2−2)2=0.x^4=4(x^2-1) \Longleftrightarrow x^4-4x^2+4=0 \Longleftrightarrow (x^2-2)^2=0.

Cum x>1x>1, rezultă

x=2.x=\sqrt2.

Punctul A(2,0)A(\sqrt2,0) aparține graficului și axei OxOx. Calculăm derivata în acest punct:

f′(2)=22(1−1(2)2−1)=22(1−1)=0.f'(\sqrt2) =2\sqrt2\left(1-\frac{1}{\sqrt{(\sqrt2)^2-1}}\right) =2\sqrt2(1-1)=0.

Tangenta la grafic în AA are panta 00 și trece prin A(2,0)A(\sqrt2,0), deci este dreapta y=0y=0, adică axa OxOx. Afirmația este demonstrată.

  1. Se consideră funcția
f:R→R,f(x)=xx2+2x+2.f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac{x}{x^2+2x+2}.

Observăm că

x2+2x+2=(x+1)2+1>0,x^2+2x+2=(x+1)^2+1>0,

deci funcția este bine definită pe R\mathbb R.

  • a) Avem
(x2+2x+2)f(x)=(x2+2x+2)⋅xx2+2x+2=x.(x^2+2x+2)f(x) =(x^2+2x+2)\cdot \frac{x}{x^2+2x+2}=x.

Prin urmare,

∫01(x2+2x+2)f(x) dx=∫01x dx=x22∣01=12.\int_0^1 (x^2+2x+2)f(x)\,dx =\int_0^1 x\,dx =\left.\frac{x^2}{2}\right|_0^1 =\frac12.
  • b) Calculăm integrandul:
f(x)+1x2+2x+2=xx2+2x+2+1x2+2x+2=x+1x2+2x+2.f(x)+\frac{1}{x^2+2x+2} =\frac{x}{x^2+2x+2}+\frac{1}{x^2+2x+2} =\frac{x+1}{x^2+2x+2}.

Cum

(x2+2x+2)′=2x+2=2(x+1),(x^2+2x+2)'=2x+2=2(x+1),

obținem

∫02(f(x)+1x2+2x+2) dx=∫02x+1x2+2x+2 dx\int_0^2\left(f(x)+\frac{1}{x^2+2x+2}\right)\,dx =\int_0^2 \frac{x+1}{x^2+2x+2}\,dx =12ln⁡(x2+2x+2)∣02=12(ln⁡10−ln⁡2)=12ln⁡5.=\frac12\left.\ln(x^2+2x+2)\right|_0^2 =\frac12\left(\ln 10-\ln 2\right) =\frac12\ln 5.

Afirmația este demonstrată.

  • c) Pe intervalul [1,e][1,e], avem x>0x>0, deci f(x)≠0f(x)\ne 0. Calculăm:
1f(x)−2=x2+2x+2x−2=x+2+2x−2=x+2x.\frac1{f(x)}-2 =\frac{x^2+2x+2}{x}-2 =x+2+\frac2x-2 =x+\frac2x.

Atunci

∫1e(1f(x)−2)ln⁡x dx=∫1exln⁡x dx+2∫1eln⁡xx dx.\int_1^e\left(\frac1{f(x)}-2\right)\ln x\,dx =\int_1^e x\ln x\,dx+2\int_1^e \frac{\ln x}{x}\,dx.

Pentru prima integrală, prin părți:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−∫x22⋅1x dx=x22ln⁡x−x24.\int x\ln x\,dx=\frac{x^2}{2}\ln x-\int \frac{x^2}{2}\cdot\frac1x\,dx =\frac{x^2}{2}\ln x-\frac{x^2}{4}.

Astfel,

∫1exln⁡x dx=(x22ln⁡x−x24)∣1e=e22−e24+14=e2+14.\int_1^e x\ln x\,dx =\left.\left(\frac{x^2}{2}\ln x-\frac{x^2}{4}\right)\right|_1^e =\frac{e^2}{2}-\frac{e^2}{4}+\frac14 =\frac{e^2+1}{4}.

A doua integrală este

2∫1eln⁡xx dx=2(ln⁡x)22∣1e=1.2\int_1^e \frac{\ln x}{x}\,dx =2\left.\frac{(\ln x)^2}{2}\right|_1^e =1.

Prin urmare,

∫1e(1f(x)−2)ln⁡x dx=e2+14+1=e2+54.\int_1^e\left(\frac1{f(x)}-2\right)\ln x\,dx =\frac{e^2+1}{4}+1 =\frac{e^2+5}{4}.

Afirmația este demonstrată.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Am rezolvat toate cele 18 subpuncte, în ordinea din subiect.
  • Am verificat calculele numerice, determinantul, ecuațiile și condițiile de domeniu.
  • Am justificat complet demonstrațiile cu vectori, lege de compoziție, derivată, tangentă și integrale.
  • Am folosit notație matematică clară și rezultate finale simplificate.