SUBIECTUL I
- Se calculează direct:
4−63+3(23−1)=4−63+63−3=1.
Deci egalitatea este adevărată.
- Condiția f(a)=g(a) devine
5a−3=2a+3.
Rezultă
3a=6⇒a=2.
- Ecuația este
22x+1⋅23=1.
Folosind regula produsului puterilor cu aceeași bază:
22x+1+3=1⇒22x+4=1.
Cum 1=20, avem
2x+4=0⇒x=−2.
Soluția este x=−2.
- Numerele au două cifre distincte, alese din A={3,4,5,6}.
Cifra zecilor se poate alege în 4 moduri, iar după alegerea ei, cifra unităților se poate alege în 3 moduri. Prin regula produsului:
4⋅3=12.
Se pot forma 12 numere.
- Punctul M, mijlocul segmentului AB, are coordonatele
M(24+0,20+2)=M(2,1).
Deoarece O(0,0), obținem
MO=(2−0)2+(1−0)2=4+1=5.
De asemenea,
MC=(3−2)2+(3−1)2=1+4=5.
Prin urmare,
MO=MC.
- Avem
E(x)=2sinxsin2x−cosx.
Pentru x=6π:
sin6π=21,sin3π=23,cos6π=23.
Atunci
E(6π)=2⋅21⋅23−23=23−23=0.
SUBIECTUL al II-lea
- Se consideră
I2=(1001),A(a)=(3+a1−a2−2a1+3a).
A(0)=(3121).
Determinantul este
det(A(0))=3⋅1−2⋅1=3−2=1.
A(a)−A(0)=(3+a1−a2−2a1+3a)−(3121)=(a−a−2a3a).
Atunci
A(0)(A(a)−A(0))=(3121)(a−a−2a3a).
Înmulțind matricile:
A(0)(A(a)−A(0))=(3a−2aa−a−6a+6a−2a+3a)=(a00a)=aI2.
Egalitatea este demonstrată pentru orice a∈R.
A(a2)=(3+a21−a22−2a21+3a2)
și
aA(a)=(3a+a2a−a22a−2a2a+3a2).
Prin scădere,
A(a2)−aA(a)=(3−3a1−a2−2a1−a)=(1−a)(3121)=(1−a)A(0).
Pentru o matrice 2×2, det(λM)=λ2det(M). Deci
det(A(a2)−aA(a))=(1−a)2det(A(0))=(1−a)2⋅1=(1−a)2≥0.
Rezultă cerința pentru orice a∈R.
- Legea de compoziție este
x∘y=x2−4xy+3y2,x,y∈R.
0∘2=02−4⋅0⋅2+3⋅22=0−0+12=12.
(2x)∘x=(2x)2−4(2x)x+3x2.
Deci
(2x)∘x=4x2−8x2+3x2=−x2.
Condiția (2x)∘x=−1 devine
−x2=−1⇒x2=1.
Prin urmare,
x=−1saux=1.
Soluțiile sunt x∈{−1,1}.
- c) Pentru m,n∈Z,
m∘n=m2−4mn+3n2.
Factorizăm:
m2−4mn+3n2=(m−n)(m−3n).
Cerința devine
(m−n)(m−3n)=3,m<n.
Din m<n rezultă m−n<0. Produsul este pozitiv, deci și m−3n<0. Factorizările întregi negative ale lui 3 sunt:
(m−n,m−3n)=(−1,−3)
sau
(m−n,m−3n)=(−3,−1).
Pentru primul caz:
m−n=−1,m−3n=−3.
Scăzând ecuațiile:
−2n=−2⇒n=1,
iar
m=n−1=0.
Obținem perechea (0,1).
Pentru al doilea caz:
m−n=−3,m−3n=−1.
Scăzând ecuațiile:
−2n=2⇒n=−1,
iar
m=n−3=−4.
Obținem perechea (−4,−1).
Perechile cerute sunt
(−4,−1) și (0,1).
SUBIECTUL al III-lea
- Se consideră funcția
f:(0,+∞)→R,f(x)=5+x24x−4.
f(x)=5+x24x−4.
Derivăm termenul fracționar cu regula câtului:
(x24x−4)′=x44x2−(4x−4)⋅2x.
Prin urmare,
f′(x)=x44x2−8x2+8x=x48x−4x2=x44x(2−x)=x34(2−x).
Deci
f′(x)=x34(2−x),x∈(0,+∞).
- b) Scriem funcția sub forma
f(x)=5+x4−x24.
Atunci
x→+∞limf(x)=x→+∞lim(5+x4−x24)=5.
Dreapta
y=5
este asimptota orizontală spre +∞ la graficul funcției f.
- c) Pentru x≥1, semnul lui f′(x) este semnul lui 2−x, deoarece 4>0 și x3>0.
Astfel,
f′(x)≥0 pe [1,2],f′(x)≤0 pe [2,+∞).
Funcția este crescătoare pe [1,2] și descrescătoare pe [2,+∞). Calculăm valorile relevante:
f(1)=5+14−4=5,
f(2)=5+48−4=5+1=6,
iar
x→+∞limf(x)=5.
Rezultă că
5≤f(x)≤6,∀x∈[1,+∞).
Deci, pentru orice x,y∈[1,+∞), valorile f(x) și f(y) aparțin intervalului [5,6], de lungime 1. Prin urmare,
∣f(x)−f(y)∣≤1.
- Se consideră funcția
f:(0,+∞)→R,f(x)=3x2+4lnx.
- a) Pentru x∈[1,2]⊂(0,+∞),
f(x)−4lnx=3x2+4lnx−4lnx=3x2.
Atunci
∫12(f(x)−4lnx)dx=∫123x2dx=[x3]12=8−1=7.
- b) Pentru x∈[1,e],
f(x)−3x2=4lnx.
Atunci
∫1ex(f(x)−3x2)dx=∫1e4xlnxdx.
Calculăm prin părți:
∫4xlnxdx=2x2lnx−x2+C.
Prin urmare,
∫1e4xlnxdx=[2x2lnx−x2]1e.
Deoarece lne=1 și ln1=0, obținem
(2e2−e2)−(0−1)=e2+1.
Deci
∫1ex(f(x)−3x2)dx=e2+1.
- c) Fie F:(0,+∞)→R o primitivă a lui f. Atunci
F′(x)=f(x).
Derivând încă o dată:
F′′(x)=f′(x).
Prin urmare,
∫1ef(x)F′′(x)dx=∫1ef(x)f′(x)dx.
Dar
∫f(x)f′(x)dx=2f2(x)+C.
Așadar,
∫1ef(x)F′′(x)dx=[2f2(x)]1e=2f2(e)−f2(1).
Calculăm:
f(1)=3⋅12+4ln1=3,
iar
f(e)=3(e)2+4ln(e)=3e+4⋅21=3e+2.
Deci
∫1ef(x)F′′(x)dx=2(3e+2)2−32.
Simplificăm:
2(3e+2)2−9=29e2+12e+4−9=29e2+12e−5.
Pe de altă parte,
(3e−1)(3e+5)=9e2+15e−3e−5=9e2+12e−5.
Prin urmare,
∫1ef(x)F′′(x)dx=2(3e−1)(3e+5).
Relația este valabilă pentru orice primitivă F a funcției f, deoarece în calcul intervine numai F′′=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 și fracții sunt tratate pe (0,+∞), 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=2, x=−2, 12 numere, perechile (−4,−1) și (0,1), asimptota y=5, integralele 7, e2+1 și 2(3e−1)(3e+5).