BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate șt. naturii 2021 · August–Septembrie

Varianta 04

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Avem i2=−1i^2=-1. Calculăm:
3(4−i)+3i(1+i)=12−3i+3i+3i2=12+3(−1)=9.3(4-i)+3i(1+i)=12-3i+3i+3i^2=12+3(-1)=9.

Deci egalitatea este adevărată.

  1. Funcția este f(x)=x2−4f(x)=x^2-4. Mai întâi,
f(2)=22−4=0.f(2)=2^2-4=0.

Atunci

(f∘f)(2)=f(f(2))=f(0)=02−4=−4.(f\circ f)(2)=f(f(2))=f(0)=0^2-4=-4.
  1. Ecuația este
log⁡3(x2−2x+4)=1.\log_3(x^2-2x+4)=1.

Condiția de existență este x2−2x+4>0x^2-2x+4>0, iar

x2−2x+4=(x−1)2+3>0x^2-2x+4=(x-1)^2+3>0

pentru orice x∈Rx\in\mathbb R. Din definiția logaritmului:

x2−2x+4=3.x^2-2x+4=3.

Rezultă

x2−2x+1=0  ⟺  (x−1)2=0  ⟺  x=1.x^2-2x+1=0 \iff (x-1)^2=0 \iff x=1.

Soluția este x=1x=1.

  1. Numerele naturale de două cifre sunt de la 1010 la 9999, deci sunt 9090 de numere. Cele divizibile cu 1010 sunt
10,20,30,…,90,10,20,30,\ldots,90,

adică 99 numere. Probabilitatea cerută este

P=990=110.P=\frac{9}{90}=\frac{1}{10}.
  1. Punctele sunt O(0,0)O(0,0), A(2,4)A(2,4), B(3,a)B(3,a). Dacă O,A,BO,A,B sunt coliniare, atunci pantele dreptelor OAOA și OBOB sunt egale:
4−02−0=a−03−0.\frac{4-0}{2-0}=\frac{a-0}{3-0}.

Prin urmare,

2=a3  ⟺  a=6.2=\frac a3 \iff a=6.
  1. Pentru x=π4x=\frac\pi4,
E(π4)=cos⁡π4+cos⁡π2+cos⁡3π4.E\left(\frac\pi4\right)=\cos\frac\pi4+\cos\frac\pi2+\cos\frac{3\pi}4.

Folosind valorile trigonometrice cunoscute,

cos⁡π4=22,cos⁡π2=0,cos⁡3π4=−22.\cos\frac\pi4=\frac{\sqrt2}{2},\qquad \cos\frac\pi2=0,\qquad \cos\frac{3\pi}4=-\frac{\sqrt2}{2}.

Deci

E(π4)=22+0−22=0.E\left(\frac\pi4\right)=\frac{\sqrt2}{2}+0-\frac{\sqrt2}{2}=0.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
I2=(1001),A(x,y)=(x+3y4y−2yx−3y).I_2=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix},\qquad A(x,y)=\begin{pmatrix}x+3y&4y\\-2y&x-3y\end{pmatrix}.
  • a) Pentru x=1x=1 și y=1y=1,
A(1,1)=(44−2−2).A(1,1)=\begin{pmatrix}4&4\\-2&-2\end{pmatrix}.

Prin urmare,

det⁡A(1,1)=4⋅(−2)−4⋅(−2)=−8+8=0.\det A(1,1)=4\cdot(-2)-4\cdot(-2)=-8+8=0.
  • b) Calculăm determinantul:
det⁡A(x,y)=(x+3y)(x−3y)−4y(−2y).\det A(x,y)=(x+3y)(x-3y)-4y(-2y).

Astfel,

det⁡A(x,y)=x2−9y2+8y2=x2−y2.\det A(x,y)=x^2-9y^2+8y^2=x^2-y^2.

Dacă matricea A(x,y)A(x,y) este inversabilă, atunci det⁡A(x,y)≠0\det A(x,y)\ne 0, deci

x2−y2≠0  ⟺  x2≠y2  ⟺  ∣x∣≠∣y∣.x^2-y^2\ne 0 \iff x^2\ne y^2 \iff |x|\ne |y|.
  • c) Avem
A(m,n)=(m+3n4n−2nm−3n),A(m,n)=\begin{pmatrix}m+3n&4n\\-2n&m-3n\end{pmatrix},

iar

A(−m,n)=(−m+3n4n−2n−m−3n).A(-m,n)=\begin{pmatrix}-m+3n&4n\\-2n&-m-3n\end{pmatrix}.

Calculăm produsul:

A(m,n)A(−m,n)=(n2−m200n2−m2)=(n2−m2)I2.A(m,n)A(-m,n) =\begin{pmatrix}n^2-m^2&0\\0&n^2-m^2\end{pmatrix} =(n^2-m^2)I_2.

Condiția A(m,n)A(−m,n)=I2A(m,n)A(-m,n)=I_2 devine

n2−m2=1.n^2-m^2=1.

Atunci

(n−m)(n+m)=1.(n-m)(n+m)=1.

Cum m,n∈Zm,n\in\mathbb Z, avem cazurile:

{n−m=1n+m=1sau{n−m=−1n+m=−1\begin{cases} n-m=1\\ n+m=1 \end{cases} \quad\text{sau}\quad \begin{cases} n-m=-1\\ n+m=-1 \end{cases}

De aici rezultă

(m,n)=(0,1)sau(m,n)=(0,−1).(m,n)=(0,1)\quad\text{sau}\quad (m,n)=(0,-1).
  1. Pe A=[0,+∞)A=[0,+\infty) se definește
x∘y=4xy−(1−x−y)=4xy−1+x+y.x\circ y=4^{xy}-(1-x-y)=4^{xy}-1+x+y.
  • a) Calculăm:
2∘0=42⋅0−(1−2−0)=40−(−1)=1+1=2.2\circ 0=4^{2\cdot 0}-(1-2-0)=4^0-(-1)=1+1=2.
  • b) Pentru x∈Ax\in A, x≠0x\ne 0, avem x>0x>0, deci 1x>0\frac1x>0. Atunci
x∘1x=4x⋅1x−(1−x−1x)=4−1+x+1x=3+x+1x.x\circ \frac1x =4^{x\cdot \frac1x}-\left(1-x-\frac1x\right) =4-1+x+\frac1x =3+x+\frac1x.

Deoarece x>0x>0, din inegalitatea x+1x≥2x+\frac1x\ge 2, rezultă

x∘1x≥3+2=5.x\circ \frac1x\ge 3+2=5.
  • c) Fie mm și nn numere naturale impare. Atunci
m∘n=4mn−(1−m−n)=4mn−1+m+n.m\circ n=4^{mn}-(1-m-n)=4^{mn}-1+m+n.

Numărul 4mn4^{mn} este natural par, iar m+nm+n este par, deoarece suma a două numere impare este pară. Prin urmare,

4mn+m+n4^{mn}+m+n

este par, deci

4mn−1+m+n4^{mn}-1+m+n

este impar. În plus, deoarece m,nm,n sunt naturale impare, avem m≥1m\ge 1, n≥1n\ge 1, deci

m∘n=4mn−1+m+n≥41−1+1+1=5,m\circ n=4^{mn}-1+m+n\ge 4^1-1+1+1=5,

adică expresia este număr natural. Așadar m∘nm\circ n este număr natural impar.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(0,+∞)→R,f(x)=x3−3ln⁡x.f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^3-3\ln x.
  • a) Funcția este derivabilă pe (0,+∞)(0,+\infty), iar
f′(x)=3x2−3x=3x3−3x=3(x3−1)x.f'(x)=3x^2-\frac3x=\frac{3x^3-3}{x} =\frac{3(x^3-1)}x.

Folosind x3−1=(x−1)(x2+x+1)x^3-1=(x-1)(x^2+x+1), obținem

f′(x)=3(x−1)(x2+x+1)x,x∈(0,+∞).f'(x)=\frac{3(x-1)(x^2+x+1)}x,\qquad x\in(0,+\infty).
  • b) Pentru x=1x=1,
f(1)=13−3ln⁡1=1f(1)=1^3-3\ln 1=1

și, din formula de la punctul anterior,

f′(1)=0.f'(1)=0.

Ecuația tangentei în punctul de abscisă 11 este

y−f(1)=f′(1)(x−1).y-f(1)=f'(1)(x-1).

Deci

y−1=0⋅(x−1),y-1=0\cdot(x-1),

adică

y=1.y=1.
  • c) Trebuie demonstrat că
x3≥3ln⁡x+1,x>0.x^3\ge 3\ln x+1,\qquad x>0.

Aceasta este echivalent cu

f(x)=x3−3ln⁡x≥1.f(x)=x^3-3\ln x\ge 1.

Din

f′(x)=3(x−1)(x2+x+1)xf'(x)=\frac{3(x-1)(x^2+x+1)}x

observăm că, pentru x>0x>0, avem x2+x+1>0x^2+x+1>0 și x>0x>0. Prin urmare, semnul lui f′(x)f'(x) este semnul lui x−1x-1. Rezultă că ff este descrescătoare pe (0,1)(0,1) și crescătoare pe (1,+∞)(1,+\infty), deci are minim în x=1x=1. Cum

f(1)=1,f(1)=1,

obținem

f(x)≥1,x>0.f(x)\ge 1,\qquad x>0.

Prin urmare,

x3≥3ln⁡x+1,x∈(0,+∞).x^3\ge 3\ln x+1,\qquad x\in(0,+\infty).
  1. Se consideră funcția
f:R→R,f(x)=xex.f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=xe^x.
  • a) Avem
f(x)ex=xexex=x.\frac{f(x)}{e^x}=\frac{xe^x}{e^x}=x.

Prin urmare,

∫02f(x)ex dx=∫02x dx=x22∣02=42−0=2.\int_0^2 \frac{f(x)}{e^x}\,dx=\int_0^2 x\,dx =\left.\frac{x^2}{2}\right|_0^2 =\frac{4}{2}-0=2.
  • b) Observăm că
f(x)+ex=xex+ex=(x+1)ex.f(x)+e^x=xe^x+e^x=(x+1)e^x.

Dar

(xex)′=ex+xex=(x+1)ex.(xe^x)'=e^x+xe^x=(x+1)e^x.

Deci

∫−11(f(x)+ex) dx=xex∣−11=e−(−1e)=e+1e=e2+1e.\int_{-1}^1 (f(x)+e^x)\,dx =\left.xe^x\right|_{-1}^1 =e-\left(-\frac1e\right) =e+\frac1e =\frac{e^2+1}{e}.
  • c) Derivata funcției f(x)=xexf(x)=xe^x este
f′(x)=ex+xex=(x+1)ex.f'(x)=e^x+xe^x=(x+1)e^x.

Cum ex>0e^x>0 pentru orice x∈Rx\in\mathbb R, rezultă că f′(x)<0f'(x)<0 pentru x<−1x<-1, f′(−1)=0f'(-1)=0 și f′(x)>0f'(x)>0 pentru x>−1x>-1. Prin urmare, funcția ff are minim global în x=−1x=-1, iar

f(−1)=−1e.f(-1)=-\frac1e.

Așadar, pentru orice x∈Rx\in\mathbb R,

f(x)≥−1e.f(x)\ge -\frac1e.

Pentru a>0a>0, intervalul [−1−a,−1+a][-1-a,-1+a] are lungimea 2a2a, deci

∫−1−a−1+af(x) dx≥∫−1−a−1+a(−1e) dx=−1e⋅2a=−2ae.\int_{-1-a}^{-1+a} f(x)\,dx \ge \int_{-1-a}^{-1+a} \left(-\frac1e\right)\,dx =-\frac1e\cdot 2a =-\frac{2a}{e}.

Prin urmare,

∫−1−a−1+af(x) dx≥−2ae,a∈(0,+∞).\int_{-1-a}^{-1+a} f(x)\,dx\ge -\frac{2a}{e},\qquad a\in(0,+\infty).

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 6 cerințe din SUBIECTUL I sunt rezolvate în ordine, cu calcule explicite.
  • La SUBIECTUL al II-lea sunt verificate determinantul, condiția de inversabilitate, produsul matricial și proprietățile legii de compoziție.
  • La SUBIECTUL al III-lea sunt tratate domeniile, derivarea, tangenta, monotonia, minimele și integralele definite.
  • Inegalitățile sunt justificate prin argumente standard acceptate la BAC: x+1x≥2x+\frac1x\ge 2, studiu de semn al derivatei și minim global.
  • Rezultatele finale au fost simplificate și verificate pentru coerență cu enunțul.