SUBIECTUL I
Avem
log 2 7 + log 2 6 − log 2 21 = log 2 7 ⋅ 6 21 = log 2 2 = 1. \log_2 7+\log_2 6-\log_2 21=\log_2\frac{7\cdot 6}{21}
=\log_2 2=1. log 2 7 + log 2 6 − log 2 21 = log 2 21 7 ⋅ 6 = log 2 2 = 1.
Pentru orice x ∈ R x\in\mathbb{R} x ∈ R ,
f ( x ) − g ( x ) = x 2 − ( 2 x − 1 ) = x 2 − 2 x + 1 = ( x − 1 ) 2 ≥ 0. f(x)-g(x)=x^2-(2x-1)=x^2-2x+1=(x-1)^2\ge 0. f ( x ) − g ( x ) = x 2 − ( 2 x − 1 ) = x 2 − 2 x + 1 = ( x − 1 ) 2 ≥ 0.
Rezultă f ( x ) ≥ g ( x ) f(x)\ge g(x) f ( x ) ≥ g ( x ) , pentru orice număr real x x x .
Ecuația este
x 2 + 12 = 2 x . \sqrt{x^2+12}=2x. x 2 + 12 = 2 x .
Deoarece membrul stâng este nenegativ, este necesar ca
x ≥ 0. x\ge 0. x ≥ 0.
Ridicăm la pătrat:
x 2 + 12 = 4 x 2 . x^2+12=4x^2. x 2 + 12 = 4 x 2 .
Rezultă
3 x 2 = 12 ⟺ x 2 = 4. 3x^2=12 \iff x^2=4. 3 x 2 = 12 ⟺ x 2 = 4.
Ținând cont de condiția x ≥ 0 x\ge0 x ≥ 0 , obținem x = 2 x=2 x = 2 .
Verificare:
2 2 + 12 = 16 = 4 = 2 ⋅ 2. \sqrt{2^2+12}=\sqrt{16}=4=2\cdot2. 2 2 + 12 = 16 = 4 = 2 ⋅ 2.
Prin urmare,
S = { 2 } . \boxed{S=\{2\}}. S = { 2 } .
Ecuația
x 2 − 3 x + 2 = 0 x^2-3x+2=0 x 2 − 3 x + 2 = 0
se factorizează:
( x − 1 ) ( x − 2 ) = 0 , (x-1)(x-2)=0, ( x − 1 ) ( x − 2 ) = 0 ,
deci soluțiile sunt x = 1 x=1 x = 1 și x = 2 x=2 x = 2 . Ambele aparțin mulțimii
A = { − 2 , − 1 , 0 , 1 , 2 } . A=\{-2,-1,0,1,2\}. A = { − 2 , − 1 , 0 , 1 , 2 } .
Sunt 5 5 5 cazuri posibile și 2 2 2 cazuri favorabile, deci probabilitatea este
P = 2 5 . P=\frac25. P = 5 2 .
Din u ⃗ = 3 v ⃗ \vec u=3\vec v u = 3 v , unde u ⃗ = a i ⃗ + 6 j ⃗ \vec u=a\vec i+6\vec j u = a i + 6 j și v ⃗ = 2 i ⃗ + b j ⃗ \vec v=2\vec i+b\vec j v = 2 i + b j , obținem
a i ⃗ + 6 j ⃗ = 3 ( 2 i ⃗ + b j ⃗ ) = 6 i ⃗ + 3 b j ⃗ . a\vec i+6\vec j=3(2\vec i+b\vec j)=6\vec i+3b\vec j. a i + 6 j = 3 ( 2 i + b j ) = 6 i + 3 b j .
Egalând coeficienții:
a = 6 , 6 = 3 b . a=6,\qquad 6=3b. a = 6 , 6 = 3 b .
Prin urmare
a = 6 , b = 2. a=6,\qquad b=2. a = 6 , b = 2.
Pentru x = π 4 x=\frac{\pi}{4} x = 4 π , avem
sin π 4 = cos π 4 = 2 2 . \sin\frac{\pi}{4}=\cos\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt2}{2}. sin 4 π = cos 4 π = 2 2 .
Atunci
sin 2 π 4 − cos 2 π 4 = 0 \sin^2\frac{\pi}{4}-\cos^2\frac{\pi}{4}=0 sin 2 4 π − cos 2 4 π = 0
și
2 ( sin π 4 + cos π 4 ) − 2 = 2 ( 2 2 + 2 2 ) − 2 = 2 ⋅ 2 − 2 = 0. \sqrt2\left(\sin\frac{\pi}{4}+\cos\frac{\pi}{4}\right)-2
=\sqrt2\left(\frac{\sqrt2}{2}+\frac{\sqrt2}{2}\right)-2
=\sqrt2\cdot\sqrt2-2=0. 2 ( sin 4 π + cos 4 π ) − 2 = 2 ( 2 2 + 2 2 ) − 2 = 2 ⋅ 2 − 2 = 0.
Deci
E ( π 4 ) = 0. E\left(\frac{\pi}{4}\right)=0. E ( 4 π ) = 0.
SUBIECTUL al II-lea
Se consideră
A ( x ) = ( x + 2 x + 3 x − 3 x − 2 ) , x ∈ R . A(x)=
\begin{pmatrix}
x+2 & x+3\\
x-3 & x-2
\end{pmatrix},\qquad x\in\mathbb{R}. A ( x ) = ( x + 2 x − 3 x + 3 x − 2 ) , x ∈ R .
a) Calculăm determinantul:
det ( A ( x ) ) = ( x + 2 ) ( x − 2 ) − ( x + 3 ) ( x − 3 ) . \det(A(x))=(x+2)(x-2)-(x+3)(x-3). det ( A ( x )) = ( x + 2 ) ( x − 2 ) − ( x + 3 ) ( x − 3 ) .
Astfel,
det ( A ( x ) ) = x 2 − 4 − ( x 2 − 9 ) = 5 , \det(A(x))=x^2-4-(x^2-9)=5, det ( A ( x )) = x 2 − 4 − ( x 2 − 9 ) = 5 ,
pentru orice x ∈ R x\in\mathbb{R} x ∈ R .
A ( x ) = ( x + 2 x + 3 x − 3 x − 2 ) . A(x)=
\begin{pmatrix}
x+2 & x+3\\
x-3 & x-2
\end{pmatrix}. A ( x ) = ( x + 2 x − 3 x + 3 x − 2 ) .
Pentru x ∈ { − 3 , − 2 , − 1 , 1 , 2 , 3 } x\in\{-3,-2,-1,1,2,3\} x ∈ { − 3 , − 2 , − 1 , 1 , 2 , 3 } , suma valorilor lui x x x este 0 0 0 . Sunt 6 6 6 matrice, deci
A ( − 3 ) + A ( − 2 ) + A ( − 1 ) + A ( 1 ) + A ( 2 ) + A ( 3 ) = ( 12 18 − 18 − 12 ) . A(-3)+A(-2)+A(-1)+A(1)+A(2)+A(3)
=
\begin{pmatrix}
12 & 18\\
-18 & -12
\end{pmatrix}. A ( − 3 ) + A ( − 2 ) + A ( − 1 ) + A ( 1 ) + A ( 2 ) + A ( 3 ) = ( 12 − 18 18 − 12 ) .
Dar
A ( 0 ) = ( 2 3 − 3 − 2 ) , A(0)=
\begin{pmatrix}
2 & 3\\
-3 & -2
\end{pmatrix}, A ( 0 ) = ( 2 − 3 3 − 2 ) ,
deci suma este 6 A ( 0 ) 6A(0) 6 A ( 0 ) . Rezultă
n = 6. n=6. n = 6.
A ( 1 ) = ( 3 4 − 2 − 1 ) . A(1)=
\begin{pmatrix}
3 & 4\\
-2 & -1
\end{pmatrix}. A ( 1 ) = ( 3 − 2 4 − 1 ) .
Calculăm produsul:
A ( x ) A ( 1 ) = ( x + 2 x + 3 x − 3 x − 2 ) ( 3 4 − 2 − 1 ) = ( x 3 x + 5 x − 5 3 x − 10 ) . A(x)A(1)=
\begin{pmatrix}
x+2 & x+3\\
x-3 & x-2
\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}
3 & 4\\
-2 & -1
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
x & 3x+5\\
x-5 & 3x-10
\end{pmatrix}. A ( x ) A ( 1 ) = ( x + 2 x − 3 x + 3 x − 2 ) ( 3 − 2 4 − 1 ) = ( x x − 5 3 x + 5 3 x − 10 ) .
Impunem condiția
( x 3 x + 5 x − 5 3 x − 10 ) = ( 1 8 − 4 − 7 ) . \begin{pmatrix}
x & 3x+5\\
x-5 & 3x-10
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
1 & 8\\
-4 & -7
\end{pmatrix}. ( x x − 5 3 x + 5 3 x − 10 ) = ( 1 − 4 8 − 7 ) .
Din prima egalitate rezultă x = 1 x=1 x = 1 , iar aceasta verifică toate celelalte egalități:
3 ⋅ 1 + 5 = 8 , 1 − 5 = − 4 , 3 ⋅ 1 − 10 = − 7. 3\cdot 1+5=8,\quad 1-5=-4,\quad 3\cdot 1-10=-7. 3 ⋅ 1 + 5 = 8 , 1 − 5 = − 4 , 3 ⋅ 1 − 10 = − 7.
Prin urmare x = 1 x=1 x = 1 .
Legea de compoziție este
x ∗ y = x + y + 1 x 2 + y 2 + 1 , x , y ∈ R . x*y=\frac{x+y+1}{x^2+y^2+1},\qquad x,y\in\mathbb{R}. x ∗ y = x 2 + y 2 + 1 x + y + 1 , x , y ∈ R .
Numitorul este strict pozitiv, deoarece x 2 + y 2 + 1 ≥ 1 x^2+y^2+1\ge 1 x 2 + y 2 + 1 ≥ 1 .
0 ∗ 1 = 0 + 1 + 1 0 2 + 1 2 + 1 = 2 2 = 1. 0*1=\frac{0+1+1}{0^2+1^2+1}=\frac22=1. 0 ∗ 1 = 0 2 + 1 2 + 1 0 + 1 + 1 = 2 2 = 1.
b) Condiția x ∗ x = 1 x*x=1 x ∗ x = 1 devine
2 x + 1 2 x 2 + 1 = 1. \frac{2x+1}{2x^2+1}=1. 2 x 2 + 1 2 x + 1 = 1.
Cum 2 x 2 + 1 > 0 2x^2+1>0 2 x 2 + 1 > 0 , obținem
2 x + 1 = 2 x 2 + 1 ⟺ 2 x 2 − 2 x = 0 ⟺ 2 x ( x − 1 ) = 0. 2x+1=2x^2+1 \iff 2x^2-2x=0
\iff 2x(x-1)=0. 2 x + 1 = 2 x 2 + 1 ⟺ 2 x 2 − 2 x = 0 ⟺ 2 x ( x − 1 ) = 0.
Prin urmare
x = 0 sau x = 1. x=0 \quad \text{sau} \quad x=1. x = 0 sau x = 1.
x ∗ ( − x ) = x + ( − x ) + 1 x 2 + ( − x ) 2 + 1 = 1 2 x 2 + 1 . x*(-x)=\frac{x+(-x)+1}{x^2+(-x)^2+1}
=\frac{1}{2x^2+1}. x ∗ ( − x ) = x 2 + ( − x ) 2 + 1 x + ( − x ) + 1 = 2 x 2 + 1 1 .
Deoarece 2 x 2 + 1 ≥ 1 > 0 2x^2+1\ge 1>0 2 x 2 + 1 ≥ 1 > 0 , rezultă
1 2 x 2 + 1 ≤ 1. \frac{1}{2x^2+1}\le 1. 2 x 2 + 1 1 ≤ 1.
Deci
x ∗ ( − x ) ≤ 1 , x*(-x)\le 1, x ∗ ( − x ) ≤ 1 ,
pentru orice x ∈ R x\in\mathbb{R} x ∈ R .
SUBIECTUL al III-lea
Se consideră
f : R → R , f ( x ) = x x 2 + 2 x + 2 . f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=x\sqrt{x^2+2x+2}. f : R → R , f ( x ) = x x 2 + 2 x + 2 .
Observăm că
x 2 + 2 x + 2 = ( x + 1 ) 2 + 1 > 0 , x^2+2x+2=(x+1)^2+1>0, x 2 + 2 x + 2 = ( x + 1 ) 2 + 1 > 0 ,
deci funcția este definită pe R \mathbb{R} R .
a) Derivăm folosind regula produsului:
f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 x ⋅ 2 x + 2 2 x 2 + 2 x + 2 . f'(x)=\sqrt{x^2+2x+2}
x\cdot \frac{2x+2}{2\sqrt{x^2+2x+2}}. f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 x ⋅ 2 x 2 + 2 x + 2 2 x + 2 .
Prin aducere la același numitor:
f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 + x ( x + 1 ) x 2 + 2 x + 2 = 2 x 2 + 3 x + 2 x 2 + 2 x + 2 . f'(x)=\frac{x^2+2x+2+x(x+1)}{\sqrt{x^2+2x+2}}
=\frac{2x^2+3x+2}{\sqrt{x^2+2x+2}}. f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 x 2 + 2 x + 2 + x ( x + 1 ) = x 2 + 2 x + 2 2 x 2 + 3 x + 2 .
Astfel,
f ′ ( x ) = 2 x 2 + 3 x + 2 x 2 + 2 x + 2 , x ∈ R . f'(x)=\frac{2x^2+3x+2}{\sqrt{x^2+2x+2}},\qquad x\in\mathbb{R}. f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 2 x 2 + 3 x + 2 , x ∈ R .
b) Pentru x → + ∞ x\to+\infty x → + ∞ ,
f ′ ( x ) f ( x ) = 2 x 2 + 3 x + 2 x 2 + 2 x + 2 x x 2 + 2 x + 2 = 2 x 2 + 3 x + 2 x ( x 2 + 2 x + 2 ) . \frac{f'(x)}{f(x)}
=
\frac{\frac{2x^2+3x+2}{\sqrt{x^2+2x+2}}}{x\sqrt{x^2+2x+2}}
=\frac{2x^2+3x+2}{x(x^2+2x+2)}. f ( x ) f ′ ( x ) = x x 2 + 2 x + 2 x 2 + 2 x + 2 2 x 2 + 3 x + 2 = x ( x 2 + 2 x + 2 ) 2 x 2 + 3 x + 2 .
Împărțind la x 3 x^3 x 3 , obținem
lim x → + ∞ f ′ ( x ) f ( x ) = lim x → + ∞ 2 x + 3 x 2 + 2 x 3 1 + 2 x + 2 x 2 = 0. \lim_{x\to+\infty}\frac{f'(x)}{f(x)}
=\lim_{x\to+\infty}
\frac{\frac{2}{x}+\frac{3}{x^2}+\frac{2}{x^3}}
{1+\frac{2}{x}+\frac{2}{x^2}}
=0. x → + ∞ lim f ( x ) f ′ ( x ) = x → + ∞ lim 1 + x 2 + x 2 2 x 2 + x 2 3 + x 3 2 = 0.
c) Funcția f f f este continuă pe R \mathbb{R} R , fiind produsul unor funcții continue. Mai mult,
lim x → + ∞ x x 2 + 2 x + 2 = + ∞ , \lim_{x\to+\infty}x\sqrt{x^2+2x+2}=+\infty, x → + ∞ lim x x 2 + 2 x + 2 = + ∞ ,
iar, deoarece pentru x → − ∞ x\to-\infty x → − ∞ avem x 2 + 2 x + 2 ∼ ∣ x ∣ \sqrt{x^2+2x+2}\sim |x| x 2 + 2 x + 2 ∼ ∣ x ∣ ,
lim x → − ∞ x x 2 + 2 x + 2 = − ∞ . \lim_{x\to-\infty}x\sqrt{x^2+2x+2}=-\infty. x → − ∞ lim x x 2 + 2 x + 2 = − ∞.
Fie a ∈ R a\in\mathbb{R} a ∈ R . Din cele două limite, există numere reale u < v u<v u < v astfel încât
f ( u ) < a < f ( v ) . f(u)<a<f(v). f ( u ) < a < f ( v ) .
Prin teorema valorilor intermediare, există c ∈ ( u , v ) c\in(u,v) c ∈ ( u , v ) cu
f ( c ) = a . f(c)=a. f ( c ) = a .
Deci, pentru orice număr real a a a , ecuația f ( x ) = a f(x)=a f ( x ) = a are cel puțin o soluție reală.
Se consideră
f : R → R , f ( x ) = x e x + x . f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=xe^x+x. f : R → R , f ( x ) = x e x + x .
f ( x ) − x e x = x e x + x − x e x = x . f(x)-xe^x=xe^x+x-xe^x=x. f ( x ) − x e x = x e x + x − x e x = x .
Prin urmare
∫ 0 1 ( f ( x ) − x e x ) d x = ∫ 0 1 x d x = x 2 2 ∣ 0 1 = 1 2 . \int_0^1\left(f(x)-xe^x\right)\,dx
=\int_0^1 x\,dx
=\left.\frac{x^2}{2}\right|_0^1
=\frac12. ∫ 0 1 ( f ( x ) − x e x ) d x = ∫ 0 1 x d x = 2 x 2 0 1 = 2 1 .
f ( x 2 ) = x 2 e x 2 + x 2 , f(x^2)=x^2e^{x^2}+x^2, f ( x 2 ) = x 2 e x 2 + x 2 ,
deci
1 x f ( x 2 ) = x e x 2 + x , x ∈ [ 1 , 2 ] . \frac1x f(x^2)=xe^{x^2}+x,\qquad x\in[1,2]. x 1 f ( x 2 ) = x e x 2 + x , x ∈ [ 1 , 2 ] .
Atunci
∫ 1 2 1 x f ( x 2 ) d x = ∫ 1 2 x e x 2 d x + ∫ 1 2 x d x . \int_1^2 \frac1x f(x^2)\,dx
=\int_1^2 xe^{x^2}\,dx+\int_1^2 x\,dx. ∫ 1 2 x 1 f ( x 2 ) d x = ∫ 1 2 x e x 2 d x + ∫ 1 2 x d x .
Pentru prima integrală folosim substituția t = x 2 t=x^2 t = x 2 , d t = 2 x d x dt=2x\,dx d t = 2 x d x :
∫ 1 2 x e x 2 d x = 1 2 ∫ 1 4 e t d t = 1 2 ( e 4 − e ) . \int_1^2 xe^{x^2}\,dx
=\frac12\int_1^4 e^t\,dt
=\frac12(e^4-e). ∫ 1 2 x e x 2 d x = 2 1 ∫ 1 4 e t d t = 2 1 ( e 4 − e ) .
De asemenea,
∫ 1 2 x d x = x 2 2 ∣ 1 2 = 4 − 1 2 = 3 2 . \int_1^2 x\,dx=\left.\frac{x^2}{2}\right|_1^2=\frac{4-1}{2}=\frac32. ∫ 1 2 x d x = 2 x 2 1 2 = 2 4 − 1 = 2 3 .
Rezultă
∫ 1 2 1 x f ( x 2 ) d x = e 4 − e 2 + 3 2 = e 4 − e + 3 2 . \int_1^2 \frac1x f(x^2)\,dx
=\frac{e^4-e}{2}+\frac32
=\frac{e^4-e+3}{2}. ∫ 1 2 x 1 f ( x 2 ) d x = 2 e 4 − e + 2 3 = 2 e 4 − e + 3 .
c) O primitivă a funcției f ( x ) = x e x + x f(x)=xe^x+x f ( x ) = x e x + x este
F ( x ) = ( x − 1 ) e x + x 2 2 + C . F(x)=(x-1)e^x+\frac{x^2}{2}+C. F ( x ) = ( x − 1 ) e x + 2 x 2 + C .
Condiția F ( 1 ) = 0 F(1)=0 F ( 1 ) = 0 dă
F ( 1 ) = 0 + 1 2 + C = 0 ⟹ C = − 1 2 . F(1)=0+\frac12+C=0 \implies C=-\frac12. F ( 1 ) = 0 + 2 1 + C = 0 ⟹ C = − 2 1 .
Deci
F ( x ) = ( x − 1 ) e x + x 2 − 1 2 . F(x)=(x-1)e^x+\frac{x^2-1}{2}. F ( x ) = ( x − 1 ) e x + 2 x 2 − 1 .
Calculăm:
∫ 0 1 F ( x ) d x = ∫ 0 1 ( x − 1 ) e x d x + 1 2 ∫ 0 1 ( x 2 − 1 ) d x . \int_0^1 F(x)\,dx
=\int_0^1 (x-1)e^x\,dx+\frac12\int_0^1(x^2-1)\,dx. ∫ 0 1 F ( x ) d x = ∫ 0 1 ( x − 1 ) e x d x + 2 1 ∫ 0 1 ( x 2 − 1 ) d x .
Pentru prima integrală, o primitivă este ( x − 2 ) e x (x-2)e^x ( x − 2 ) e x , deoarece
( ( x − 2 ) e x ) ′ = ( x − 1 ) e x . \left((x-2)e^x\right)'=(x-1)e^x. ( ( x − 2 ) e x ) ′ = ( x − 1 ) e x .
Astfel,
∫ 0 1 ( x − 1 ) e x d x = ( x − 2 ) e x ∣ 0 1 = − e + 2. \int_0^1 (x-1)e^x\,dx
=\left.(x-2)e^x\right|_0^1
=-e+2. ∫ 0 1 ( x − 1 ) e x d x = ( x − 2 ) e x ∣ 0 1 = − e + 2.
Pentru a doua integrală:
1 2 ∫ 0 1 ( x 2 − 1 ) d x = 1 2 ( 1 3 − 1 ) = − 1 3 . \frac12\int_0^1(x^2-1)\,dx
=\frac12\left(\frac13-1\right)
=-\frac13. 2 1 ∫ 0 1 ( x 2 − 1 ) d x = 2 1 ( 3 1 − 1 ) = − 3 1 .
Prin urmare
∫ 0 1 F ( x ) d x = 2 − e − 1 3 = 5 3 − e = 5 − 3 e 3 . \int_0^1 F(x)\,dx
=2-e-\frac13
=\frac53-e
=\frac{5-3e}{3}. ∫ 0 1 F ( x ) d x = 2 − e − 3 1 = 3 5 − e = 3 5 − 3 e .
Autoevaluare pentru punctaj maxim
Toate cele 18 subpuncte au fost rezolvate în ordinea din subiect.
Au fost verificate condițiile de domeniu relevante: radicalul din Subiectul al III-lea este pozitiv, iar numitorul legii de compoziție este strict pozitiv.
Calculele de algebră, matrice, probabilitate, limite, derivate și integrale au fost dezvoltate explicit.
Itemii de tip „Arătați” și „Demonstrați” conțin justificări complete, nu doar rezultatul final.
Rezultatele finale au fost simplificate și comparate cu cerințele fiecărui subpunct.