BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate șt. naturii 2021 · Iunie–Iulie

Varianta 02

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Avem progresia geometrică (bn)n≥1(b_n)_{n\ge 1}, cu b1=2b_1=2 și b2=6b_2=6.

Rația este

q=b2b1=62=3.q=\frac{b_2}{b_1}=\frac{6}{2}=3.

Prin urmare,

b3=b2⋅q=6⋅3=18.b_3=b_2\cdot q=6\cdot 3=18.

Răspuns: 18\boxed{18}.

  1. Funcțiile sunt f(x)=x+7f(x)=x+7 și g(x)=x−7g(x)=x-7.
(f∘g)(7)=f(g(7)).(f\circ g)(7)=f(g(7)).

Calculăm:

g(7)=7−7=0,f(0)=0+7=7.g(7)=7-7=0,\qquad f(0)=0+7=7.

Răspuns: 7\boxed{7}.

  1. Rezolvăm ecuația
2x−1=x−2.\sqrt{2x-1}=x-2.

Condițiile de existență și de semn sunt

2x−1≥02x-1\ge 0

și

x−2≥0.x-2\ge 0.

Rezultă x≥2x\ge 2.

Ridicăm la pătrat:

2x−1=(x−2)2.2x-1=(x-2)^2.

Obținem

2x−1=x2−4x+4,2x-1=x^2-4x+4,

deci

x2−6x+5=0.x^2-6x+5=0.

Factorizăm:

(x−1)(x−5)=0.(x-1)(x-5)=0.

Soluțiile posibile sunt x=1x=1 și x=5x=5, dar numai x=5x=5 verifică x≥2x\ge 2. Verificare:

2⋅5−1=3=5−2.\sqrt{2\cdot 5-1}=3=5-2.

Răspuns: x=5\boxed{x=5}.

  1. Mulțimea numerelor naturale de o cifră este
{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},\{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9\},

deci are 1010 elemente.

Inegalitatea este

n(n−1)(n−2)(n−3)(n−4)>0.n(n-1)(n-2)(n-3)(n-4)>0.

Pentru n=0,1,2,3,4n=0,1,2,3,4, produsul este 00, deci nu convine. Pentru n=5,6,7,8,9n=5,6,7,8,9, toți factorii sunt pozitivi, deci produsul este pozitiv.

Sunt 55 cazuri favorabile din 1010 cazuri posibile, deci probabilitatea este

P=510=12.P=\frac{5}{10}=\frac12.

Răspuns: 12\boxed{\frac12}.

  1. Punctele sunt A(1,1)A(1,1), B(−1,0)B(-1,0), C(3,5)C(3,5), D(5,6)D(5,6).

Mijlocul segmentului ACAC este

M(1+32,1+52)=M(2,3).M\left(\frac{1+3}{2},\frac{1+5}{2}\right)=M(2,3).

Vectorii

BD→=(5−(−1),6−0)=(6,6)\overrightarrow{BD}=(5-(-1),6-0)=(6,6)

și

BM→=(2−(−1),3−0)=(3,3)\overrightarrow{BM}=(2-(-1),3-0)=(3,3)

sunt proporționali, deoarece

BD→=2BM→.\overrightarrow{BD}=2\overrightarrow{BM}.

Prin urmare, punctele BB, MM și DD sunt coliniare.

  1. Avem x∈(0,π)x\in(0,\pi) și
(sin⁡x−cos⁡x)2=2.(\sin x-\cos x)^2=2.

Dezvoltăm:

sin⁡2x−2sin⁡xcos⁡x+cos⁡2x=2.\sin^2x-2\sin x\cos x+\cos^2x=2.

Deoarece sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2x+\cos^2x=1, obținem

1−2sin⁡xcos⁡x=2,1-2\sin x\cos x=2,

deci

2sin⁡xcos⁡x=−1.2\sin x\cos x=-1.

Astfel,

sin⁡2x=−1.\sin 2x=-1.

Cum x∈(0,π)x\in(0,\pi), avem 2x∈(0,2π)2x\in(0,2\pi), iar

sin⁡2x=−1⟺2x=3π2.\sin 2x=-1 \Longleftrightarrow 2x=\frac{3\pi}{2}.

Prin urmare,

x=3π4.x=\frac{3\pi}{4}.

Răspuns: x=3π4\boxed{x=\frac{3\pi}{4}}.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
I2=(1001),A(a)=(1+2a2a−2a1−2a).I_2=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix},\qquad A(a)=\begin{pmatrix}1+2^a&2^a\\-2^a&1-2^a\end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0, avem 20=12^0=1, deci
A(0)=(21−10).A(0)=\begin{pmatrix}2&1\\-1&0\end{pmatrix}.

Atunci

det⁡(A(0))=2⋅0−1⋅(−1)=1.\det(A(0))=2\cdot 0-1\cdot(-1)=1.

Deci det⁡(A(0))=1\boxed{\det(A(0))=1}.

  • b) Notăm
N=(11−1−1).N=\begin{pmatrix}1&1\\-1&-1\end{pmatrix}.

Atunci N2=O2N^2=O_2, iar

A(a)=I2+2aN.A(a)=I_2+2^aN.

Prin urmare,

A(1)=I2+2N,A(2)=I2+4N.A(1)=I_2+2N,\qquad A(2)=I_2+4N.

Calculăm produsul:

A(1)A(2)=(I2+2N)(I2+4N)=I2+6N+8N2=I2+6N.A(1)A(2)=(I_2+2N)(I_2+4N)=I_2+6N+8N^2=I_2+6N.

De asemenea,

A(1)+A(2)=2I2+6N.A(1)+A(2)=2I_2+6N.

Rezultă

A(1)+A(2)−A(1)A(2)=(2I2+6N)−(I2+6N)=I2.A(1)+A(2)-A(1)A(2) =(2I_2+6N)-(I_2+6N)=I_2.
  • c) Din forma de mai sus,
A(m)A(n)=(I2+2mN)(I2+2nN)=I2+(2m+2n)N,A(m)A(n)=(I_2+2^mN)(I_2+2^nN) =I_2+(2^m+2^n)N,

deoarece N2=O2N^2=O_2.

Pe de altă parte,

A(m+n)=I2+2m+nN.A(m+n)=I_2+2^{m+n}N.

Condiția A(m)A(n)=A(m+n)A(m)A(n)=A(m+n) devine

2m+2n=2m+n.2^m+2^n=2^{m+n}.

Notăm u=2mu=2^m și v=2nv=2^n. Atunci u,vu,v sunt numere naturale pozitive și

u+v=uv.u+v=uv.

Echivalent,

uv−u−v=0uv-u-v=0

și, adăugând 11,

(u−1)(v−1)=1.(u-1)(v-1)=1.

Cum u−1u-1 și v−1v-1 sunt numere naturale, rezultă

u−1=v−1=1,u-1=v-1=1,

deci

u=v=2.u=v=2.

Astfel,

2m=2,2n=2,2^m=2,\qquad 2^n=2,

de unde

m=n=1.\boxed{m=n=1}.
  1. Pe R\mathbb{R} se definește legea
x∗y=x2+y2+x+y.x*y=x^2+y^2+x+y.
  • a) Calculăm:
(−1)∗(−1)=(−1)2+(−1)2+(−1)+(−1)=1+1−1−1=0.(-1)*(-1)=(-1)^2+(-1)^2+(-1)+(-1)=1+1-1-1=0.

Deci (−1)∗(−1)=0\boxed{(-1)*(-1)=0}.

  • b) Pentru orice x,y∈Rx,y\in\mathbb{R},
x∗y=x2+x+y2+y.x*y=x^2+x+y^2+y.

Completăm pătratele:

x2+x=(x+12)2−14x^2+x=\left(x+\frac12\right)^2-\frac14

și

y2+y=(y+12)2−14.y^2+y=\left(y+\frac12\right)^2-\frac14.

Prin urmare,

x∗y=(x+12)2+(y+12)2−12.x*y=\left(x+\frac12\right)^2+\left(y+\frac12\right)^2-\frac12.
  • c) Cerința este
x2∗x2≤4.x^2*x^2\le 4.

Folosind definiția legii,

x2∗x2=(x2)2+(x2)2+x2+x2=2x4+2x2.x^2*x^2=(x^2)^2+(x^2)^2+x^2+x^2=2x^4+2x^2.

Inegalitatea devine

2x4+2x2≤4,2x^4+2x^2\le 4,

adică

x4+x2−2≤0.x^4+x^2-2\le 0.

Notăm t=x2t=x^2, cu t≥0t\ge 0. Obținem

t2+t−2≤0t^2+t-2\le 0

sau

(t+2)(t−1)≤0.(t+2)(t-1)\le 0.

Rezultă

t∈[−2,1].t\in[-2,1].

Cum t=x2≥0t=x^2\ge 0, avem

x2∈[0,1],x^2\in[0,1],

deci

x∈[−1,1].x\in[-1,1].

Răspuns: [−1,1]\boxed{[-1,1]}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(−2,+∞)→R,f(x)=x2+4x−12ln⁡(x+2).f:(-2,+\infty)\to\mathbb{R},\qquad f(x)=x^2+4x-\frac12\ln(x+2).
  • a) Pentru x∈(−2,+∞)x\in(-2,+\infty), avem x+2>0x+2>0, deci funcția este derivabilă pe domeniul ei.
f′(x)=2x+4−12(x+2).f'(x)=2x+4-\frac{1}{2(x+2)}.

Aducem la același numitor:

f′(x)=(2x+4)⋅2(x+2)−12(x+2).f'(x)=\frac{(2x+4)\cdot 2(x+2)-1}{2(x+2)}.

Cum 2x+4=2(x+2)2x+4=2(x+2), rezultă

f′(x)=4(x+2)2−12(x+2)=(2x+4)2−12(x+2).f'(x)=\frac{4(x+2)^2-1}{2(x+2)} =\frac{(2x+4)^2-1}{2(x+2)}.

Aplicând formula a2−b2=(a−b)(a+b)a^2-b^2=(a-b)(a+b),

(2x+4)2−1=(2x+3)(2x+5).(2x+4)^2-1=(2x+3)(2x+5).

Deci

f′(x)=(2x+3)(2x+5)2(x+2).\boxed{f'(x)=\frac{(2x+3)(2x+5)}{2(x+2)}}.
  • b) Calculăm:
x2+4x−f(x)=x2+4x−(x2+4x−12ln⁡(x+2))=12ln⁡(x+2).x^2+4x-f(x)=x^2+4x-\left(x^2+4x-\frac12\ln(x+2)\right) =\frac12\ln(x+2).

Prin urmare,

lim⁡x→+∞x2+4x−f(x)x=lim⁡x→+∞12ln⁡(x+2)x.\lim_{x\to+\infty}\frac{x^2+4x-f(x)}{x} =\lim_{x\to+\infty}\frac{\frac12\ln(x+2)}{x}.

Justificăm limita prin regula lui l’Hospital:

lim⁡x→+∞ln⁡(x+2)x=lim⁡x→+∞1x+21=0.\lim_{x\to+\infty}\frac{\ln(x+2)}{x} =\lim_{x\to+\infty}\frac{\frac{1}{x+2}}{1}=0.

Rezultă

0.\boxed{0}.
  • c) Trebuie demonstrat că
x2+4x+154≥12ln⁡(2x+4),x∈(−2,+∞).x^2+4x+\frac{15}{4}\ge \frac12\ln(2x+4),\qquad x\in(-2,+\infty).

Deoarece

ln⁡(2x+4)=ln⁡(2(x+2))=ln⁡2+ln⁡(x+2),\ln(2x+4)=\ln(2(x+2))=\ln 2+\ln(x+2),

inegalitatea este echivalentă cu

x2+4x−12ln⁡(x+2)+154−12ln⁡2≥0.x^2+4x-\frac12\ln(x+2)+\frac{15}{4}-\frac12\ln2\ge 0.

Adică

f(x)≥−154+12ln⁡2.f(x)\ge -\frac{15}{4}+\frac12\ln2.

Studiem minimul funcției ff. Din punctul a),

f′(x)=(2x+3)(2x+5)2(x+2).f'(x)=\frac{(2x+3)(2x+5)}{2(x+2)}.

Pe domeniul (−2,+∞)(-2,+\infty), numitorul este pozitiv. Punctele critice date de numărător sunt

2x+3=0⇒x=−322x+3=0 \Rightarrow x=-\frac32

și

2x+5=0⇒x=−52,2x+5=0 \Rightarrow x=-\frac52,

dar −52∉(−2,+∞)-\frac52\notin(-2,+\infty).

Pentru x∈(−2,−32)x\in(-2,-\frac32), avem f′(x)<0f'(x)<0, iar pentru x∈(−32,+∞)x\in(-\frac32,+\infty), avem f′(x)>0f'(x)>0. Deci funcția ff are minim în

x=−32.x=-\frac32.

Calculăm:

f(−32)=(−32)2+4(−32)−12ln⁡(−32+2).f\left(-\frac32\right) =\left(-\frac32\right)^2+4\left(-\frac32\right)-\frac12\ln\left(-\frac32+2\right).

Astfel,

f(−32)=94−6−12ln⁡12=−154+12ln⁡2.f\left(-\frac32\right) =\frac94-6-\frac12\ln\frac12 =-\frac{15}{4}+\frac12\ln2.

Prin urmare,

f(x)≥−154+12ln⁡2,f(x)\ge -\frac{15}{4}+\frac12\ln2,

ceea ce demonstrează inegalitatea cerută.

  1. Se consideră funcția
f:R→R,f(x)=1+2x2+1.f:\mathbb{R}\to\mathbb{R},\qquad f(x)=1+\frac{2}{x^2+1}.
  • a) Avem
(x2+1)f(x)=(x2+1)(1+2x2+1)=x2+1+2=x2+3.(x^2+1)f(x)=(x^2+1)\left(1+\frac{2}{x^2+1}\right)=x^2+1+2=x^2+3.

Deci

∫03(x2+1)f(x) dx=∫03(x2+3) dx.\int_0^3 (x^2+1)f(x)\,dx =\int_0^3 (x^2+3)\,dx.

Calculăm:

∫03(x2+3) dx=[x33+3x]03=273+9=9+9=18.\int_0^3 (x^2+3)\,dx =\left[\frac{x^3}{3}+3x\right]_0^3 =\frac{27}{3}+9=9+9=18.

Deci

∫03(x2+1)f(x) dx=18.\boxed{\int_0^3 (x^2+1)f(x)\,dx=18}.
  • b) Calculăm:
∫13xf(x) dx=∫13x(1+2x2+1) dx.\int_1^3 xf(x)\,dx =\int_1^3 x\left(1+\frac{2}{x^2+1}\right)\,dx.

Așadar,

∫13xf(x) dx=∫13(x+2xx2+1) dx.\int_1^3 xf(x)\,dx =\int_1^3\left(x+\frac{2x}{x^2+1}\right)\,dx.

O primitivă este

x22+ln⁡(x2+1).\frac{x^2}{2}+\ln(x^2+1).

Prin urmare,

∫13xf(x) dx=[x22+ln⁡(x2+1)]13.\int_1^3 xf(x)\,dx =\left[\frac{x^2}{2}+\ln(x^2+1)\right]_1^3.

Calculăm:

(92+ln⁡10)−(12+ln⁡2)=4+ln⁡102=4+ln⁡5.\left(\frac92+\ln 10\right)-\left(\frac12+\ln2\right) =4+\ln\frac{10}{2} =4+\ln5.

Deci

∫13xf(x) dx=4+ln⁡5.\boxed{\int_1^3 xf(x)\,dx=4+\ln5}.
  • c) Fie FF o primitivă a funcției ff. Pentru orice x∈Rx\in\mathbb{R},
F(x+1)−F(x)=∫xx+1f(t) dt.F(x+1)-F(x)=\int_x^{x+1} f(t)\,dt.

Dar

f(t)=1+2t2+1≥1,∀t∈R,f(t)=1+\frac{2}{t^2+1}\ge 1,\qquad \forall t\in\mathbb{R},

deoarece t2+1>0t^2+1>0. Atunci

F(x+1)−F(x)=∫xx+1f(t) dt≥∫xx+11 dt=1.F(x+1)-F(x)=\int_x^{x+1} f(t)\,dt \ge \int_x^{x+1}1\,dt=1.

Rezultă

F(x+1)≥F(x)+1,∀x∈R.F(x+1)\ge F(x)+1,\qquad \forall x\in\mathbb{R}.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Am rezolvat toate cele 18 cerințe, în ordinea din subiect.
  • Am verificat condițiile de domeniu pentru funcția cu logaritm: x∈(−2,+∞)x\in(-2,+\infty).
  • Am folosit forma corectă a matricei A(a)A(a), cu 2a2^a, și am justificat complet cazul m=n=1m=n=1.
  • Am justificat coliniaritatea prin vectori proporționali și probabilitatea prin numărarea cazurilor favorabile.
  • Am verificat calculele de derivare, limită, monotonie, integrale și demonstrația cu primitiva.