BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate șt. naturii 2023 · Iunie–Iulie

Varianta 01

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Se calculează direct:
463+3(231)=463+633=1.4-6\sqrt3+3(2\sqrt3-1)=4-6\sqrt3+6\sqrt3-3=1.

Deci egalitatea este adevărată.

  1. Condiția f(a)=g(a)f(a)=g(a) devine
5a3=2a+3.5a-3=2a+3.

Rezultă

3a=6a=2.3a=6 \quad\Rightarrow\quad a=2.
  1. Ecuația este
22x+123=1.2^{2x+1}\cdot 2^3=1.

Folosind regula produsului puterilor cu aceeași bază:

22x+1+3=122x+4=1.2^{2x+1+3}=1 \quad\Rightarrow\quad 2^{2x+4}=1.

Cum 1=201=2^0, avem

2x+4=0x=2.2x+4=0 \quad\Rightarrow\quad x=-2.

Soluția este x=2\boxed{x=-2}.

  1. Numerele au două cifre distincte, alese din A={3,4,5,6}A=\{3,4,5,6\}.

Cifra zecilor se poate alege în 44 moduri, iar după alegerea ei, cifra unităților se poate alege în 33 moduri. Prin regula produsului:

43=12.4\cdot 3=12.

Se pot forma 12\boxed{12} numere.

  1. Punctul MM, mijlocul segmentului ABAB, are coordonatele
M(4+02,0+22)=M(2,1).M\left(\frac{4+0}{2},\frac{0+2}{2}\right)=M(2,1).

Deoarece O(0,0)O(0,0), obținem

MO=(20)2+(10)2=4+1=5.MO=\sqrt{(2-0)^2+(1-0)^2}=\sqrt{4+1}=\sqrt5.

De asemenea,

MC=(32)2+(31)2=1+4=5.MC=\sqrt{(3-2)^2+(3-1)^2}=\sqrt{1+4}=\sqrt5.

Prin urmare,

MO=MC.MO=MC.
  1. Avem
E(x)=2sinxsin2xcosx.E(x)=2\sin x\sin 2x-\cos x.

Pentru x=π6x=\frac{\pi}{6}:

sinπ6=12,sinπ3=32,cosπ6=32.\sin\frac{\pi}{6}=\frac12,\qquad \sin\frac{\pi}{3}=\frac{\sqrt3}{2},\qquad \cos\frac{\pi}{6}=\frac{\sqrt3}{2}.

Atunci

E(π6)=2123232=3232=0.E\left(\frac{\pi}{6}\right) =2\cdot \frac12\cdot \frac{\sqrt3}{2}-\frac{\sqrt3}{2} =\frac{\sqrt3}{2}-\frac{\sqrt3}{2}=0.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
I2=(1001),A(a)=(3+a22a1a1+3a).I_2=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix},\qquad A(a)=\begin{pmatrix}3+a&2-2a\\1-a&1+3a\end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0,
A(0)=(3211).A(0)=\begin{pmatrix}3&2\\1&1\end{pmatrix}.

Determinantul este

det(A(0))=3121=32=1.\det(A(0))=3\cdot 1-2\cdot 1=3-2=1.
  • b) Calculăm mai întâi:
A(a)A(0)=(3+a22a1a1+3a)(3211)=(a2aa3a).A(a)-A(0)= \begin{pmatrix}3+a&2-2a\\1-a&1+3a\end{pmatrix} - \begin{pmatrix}3&2\\1&1\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}a&-2a\\-a&3a\end{pmatrix}.

Atunci

A(0)(A(a)A(0))=(3211)(a2aa3a).A(0)\bigl(A(a)-A(0)\bigr) = \begin{pmatrix}3&2\\1&1\end{pmatrix} \begin{pmatrix}a&-2a\\-a&3a\end{pmatrix}.

Înmulțind matricile:

A(0)(A(a)A(0))=(3a2a6a+6aaa2a+3a)=(a00a)=aI2.A(0)\bigl(A(a)-A(0)\bigr) = \begin{pmatrix} 3a-2a&-6a+6a\\ a-a&-2a+3a \end{pmatrix} = \begin{pmatrix}a&0\\0&a\end{pmatrix} =aI_2.

Egalitatea este demonstrată pentru orice aRa\in\mathbb R.

  • c) Calculăm:
A(a2)=(3+a222a21a21+3a2)A(a^2)= \begin{pmatrix} 3+a^2&2-2a^2\\ 1-a^2&1+3a^2 \end{pmatrix}

și

aA(a)=(3a+a22a2a2aa2a+3a2).aA(a)= \begin{pmatrix} 3a+a^2&2a-2a^2\\ a-a^2&a+3a^2 \end{pmatrix}.

Prin scădere,

A(a2)aA(a)=(33a22a1a1a)=(1a)(3211)=(1a)A(0).A(a^2)-aA(a)= \begin{pmatrix} 3-3a&2-2a\\ 1-a&1-a \end{pmatrix} =(1-a)\begin{pmatrix}3&2\\1&1\end{pmatrix} =(1-a)A(0).

Pentru o matrice 2×22\times 2, det(λM)=λ2det(M)\det(\lambda M)=\lambda^2\det(M). Deci

det(A(a2)aA(a))=(1a)2det(A(0))=(1a)21=(1a)20.\det\bigl(A(a^2)-aA(a)\bigr) =(1-a)^2\det(A(0))=(1-a)^2\cdot 1=(1-a)^2\ge 0.

Rezultă cerința pentru orice aRa\in\mathbb R.

  1. Legea de compoziție este
xy=x24xy+3y2,x,yR.x\circ y=x^2-4xy+3y^2,\qquad x,y\in\mathbb R.
  • a) Calculăm:
02=02402+322=00+12=12.0\circ 2=0^2-4\cdot 0\cdot 2+3\cdot 2^2=0-0+12=12.
  • b) Avem
(2x)x=(2x)24(2x)x+3x2.(2x)\circ x=(2x)^2-4(2x)x+3x^2.

Deci

(2x)x=4x28x2+3x2=x2.(2x)\circ x=4x^2-8x^2+3x^2=-x^2.

Condiția (2x)x=1(2x)\circ x=-1 devine

x2=1x2=1.-x^2=-1 \quad\Rightarrow\quad x^2=1.

Prin urmare,

x=1saux=1.x=-1 \quad \text{sau} \quad x=1.

Soluțiile sunt x{1,1}\boxed{x\in\{-1,1\}}.

  • c) Pentru m,nZm,n\in\mathbb Z,
mn=m24mn+3n2.m\circ n=m^2-4mn+3n^2.

Factorizăm:

m24mn+3n2=(mn)(m3n).m^2-4mn+3n^2=(m-n)(m-3n).

Cerința devine

(mn)(m3n)=3,m<n.(m-n)(m-3n)=3,\qquad m<n.

Din m<nm<n rezultă mn<0m-n<0. Produsul este pozitiv, deci și m3n<0m-3n<0. Factorizările întregi negative ale lui 33 sunt:

(mn,m3n)=(1,3)(m-n,m-3n)=(-1,-3)

sau

(mn,m3n)=(3,1).(m-n,m-3n)=(-3,-1).

Pentru primul caz:

mn=1,m3n=3.m-n=-1,\qquad m-3n=-3.

Scăzând ecuațiile:

2n=2n=1,-2n=-2 \quad\Rightarrow\quad n=1,

iar

m=n1=0.m=n-1=0.

Obținem perechea (0,1)(0,1).

Pentru al doilea caz:

mn=3,m3n=1.m-n=-3,\qquad m-3n=-1.

Scăzând ecuațiile:

2n=2n=1,-2n=2 \quad\Rightarrow\quad n=-1,

iar

m=n3=4.m=n-3=-4.

Obținem perechea (4,1)(-4,-1).

Perechile cerute sunt

(4,1) și (0,1).\boxed{(-4,-1)\ \text{și}\ (0,1)}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f:(0,+)R,f(x)=5+4x4x2.f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=5+\frac{4x-4}{x^2}.
  • a) Pentru x>0x>0,
f(x)=5+4x4x2.f(x)=5+\frac{4x-4}{x^2}.

Derivăm termenul fracționar cu regula câtului:

(4x4x2)=4x2(4x4)2xx4.\left(\frac{4x-4}{x^2}\right)' = \frac{4x^2-(4x-4)\cdot 2x}{x^4}.

Prin urmare,

f(x)=4x28x2+8xx4=8x4x2x4=4x(2x)x4=4(2x)x3.f'(x)=\frac{4x^2-8x^2+8x}{x^4} =\frac{8x-4x^2}{x^4} =\frac{4x(2-x)}{x^4} =\frac{4(2-x)}{x^3}.

Deci

f(x)=4(2x)x3,x(0,+).\boxed{f'(x)=\frac{4(2-x)}{x^3}},\qquad x\in(0,+\infty).
  • b) Scriem funcția sub forma
f(x)=5+4x4x2.f(x)=5+\frac{4}{x}-\frac{4}{x^2}.

Atunci

limx+f(x)=limx+(5+4x4x2)=5.\lim_{x\to+\infty} f(x) = \lim_{x\to+\infty}\left(5+\frac4x-\frac4{x^2}\right)=5.

Dreapta

y=5\boxed{y=5}

este asimptota orizontală spre ++\infty la graficul funcției ff.

  • c) Pentru x1x\ge 1, semnul lui f(x)f'(x) este semnul lui 2x2-x, deoarece 4>04>0 și x3>0x^3>0.

Astfel,

f(x)0 pe [1,2],f(x)0 pe [2,+).f'(x)\ge 0 \text{ pe } [1,2],\qquad f'(x)\le 0 \text{ pe } [2,+\infty).

Funcția este crescătoare pe [1,2][1,2] și descrescătoare pe [2,+)[2,+\infty). Calculăm valorile relevante:

f(1)=5+441=5,f(1)=5+\frac{4-4}{1}=5, f(2)=5+844=5+1=6,f(2)=5+\frac{8-4}{4}=5+1=6,

iar

limx+f(x)=5.\lim_{x\to+\infty}f(x)=5.

Rezultă că

5f(x)6,x[1,+).5\le f(x)\le 6,\qquad \forall x\in[1,+\infty).

Deci, pentru orice x,y[1,+)x,y\in[1,+\infty), valorile f(x)f(x) și f(y)f(y) aparțin intervalului [5,6][5,6], de lungime 11. Prin urmare,

f(x)f(y)1.\boxed{|f(x)-f(y)|\le 1}.
  1. Se consideră funcția
f:(0,+)R,f(x)=3x2+4lnx.f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=3x^2+4\ln x.
  • a) Pentru x[1,2](0,+)x\in[1,2]\subset(0,+\infty),
f(x)4lnx=3x2+4lnx4lnx=3x2.f(x)-4\ln x=3x^2+4\ln x-4\ln x=3x^2.

Atunci

12(f(x)4lnx)dx=123x2dx=[x3]12=81=7.\int_1^2 \bigl(f(x)-4\ln x\bigr)\,dx = \int_1^2 3x^2\,dx = \left[x^3\right]_1^2 = 8-1=7.
  • b) Pentru x[1,e]x\in[1,e],
f(x)3x2=4lnx.f(x)-3x^2=4\ln x.

Atunci

1ex(f(x)3x2)dx=1e4xlnxdx.\int_1^e x\bigl(f(x)-3x^2\bigr)\,dx = \int_1^e 4x\ln x\,dx.

Calculăm prin părți:

4xlnxdx=2x2lnxx2+C.\int 4x\ln x\,dx = 2x^2\ln x-x^2+C.

Prin urmare,

1e4xlnxdx=[2x2lnxx2]1e.\int_1^e 4x\ln x\,dx = \left[2x^2\ln x-x^2\right]_1^e.

Deoarece lne=1\ln e=1 și ln1=0\ln 1=0, obținem

(2e2e2)(01)=e2+1.\left(2e^2-e^2\right)-\left(0-1\right) = e^2+1.

Deci

1ex(f(x)3x2)dx=e2+1.\int_1^e x\bigl(f(x)-3x^2\bigr)\,dx=e^2+1.
  • c) Fie F:(0,+)RF:(0,+\infty)\to\mathbb R o primitivă a lui ff. Atunci
F(x)=f(x).F'(x)=f(x).

Derivând încă o dată:

F(x)=f(x).F''(x)=f'(x).

Prin urmare,

1ef(x)F(x)dx=1ef(x)f(x)dx.\int_1^{\sqrt e} f(x)F''(x)\,dx = \int_1^{\sqrt e} f(x)f'(x)\,dx.

Dar

f(x)f(x)dx=f2(x)2+C.\int f(x)f'(x)\,dx=\frac{f^2(x)}2+C.

Așadar,

1ef(x)F(x)dx=[f2(x)2]1e=f2(e)f2(1)2.\int_1^{\sqrt e} f(x)F''(x)\,dx = \left[\frac{f^2(x)}2\right]_1^{\sqrt e} = \frac{f^2(\sqrt e)-f^2(1)}2.

Calculăm:

f(1)=312+4ln1=3,f(1)=3\cdot 1^2+4\ln 1=3,

iar

f(e)=3(e)2+4ln(e)=3e+412=3e+2.f(\sqrt e)=3(\sqrt e)^2+4\ln(\sqrt e)=3e+4\cdot \frac12=3e+2.

Deci

1ef(x)F(x)dx=(3e+2)2322.\int_1^{\sqrt e} f(x)F''(x)\,dx = \frac{(3e+2)^2-3^2}{2}.

Simplificăm:

(3e+2)292=9e2+12e+492=9e2+12e52.\frac{(3e+2)^2-9}{2} = \frac{9e^2+12e+4-9}{2} = \frac{9e^2+12e-5}{2}.

Pe de altă parte,

(3e1)(3e+5)=9e2+15e3e5=9e2+12e5.(3e-1)(3e+5)=9e^2+15e-3e-5=9e^2+12e-5.

Prin urmare,

1ef(x)F(x)dx=(3e1)(3e+5)2.\boxed{ \int_1^{\sqrt e} f(x)F''(x)\,dx = \frac{(3e-1)(3e+5)}2 }.

Relația este valabilă pentru orice primitivă FF a funcției ff, deoarece în calcul intervine numai F=fF''=f', nu constanta primitivei.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Am rezolvat toate cele 18 cerințe, în ordinea din subiect.
  • Am verificat domeniile relevante: funcțiile cu lnx\ln x și fracții sunt tratate pe (0,+)(0,+\infty), iar integralele sunt pe intervale incluse în domeniu.
  • Am inclus calcule complete pentru puteri, trigonometrie, distanțe, matrice, determinant, lege de compoziție, monotonie, limite, derivate și integrale.
  • Am demonstrat explicit afirmațiile de tip „Arătați” și „Demonstrați”.
  • Am reverificat rezultatele finale: a=2a=2, x=2x=-2, 1212 numere, perechile (4,1)(-4,-1) și (0,1)(0,1), asimptota y=5y=5, integralele 77, e2+1e^2+1 și (3e1)(3e+5)2\frac{(3e-1)(3e+5)}2.