SUBIECTUL I
1. Folosim relația i 2 = − 1 i^2=-1 i 2 = − 1 . Calculăm:
2 i ( 6 − i ) = 12 i − 2 i 2 = 12 i + 2. 2i(6-i)=12i-2i^2=12i+2. 2 i ( 6 − i ) = 12 i − 2 i 2 = 12 i + 2.
De asemenea,
3 ( 1 − 4 i ) = 3 − 12 i . 3(1-4i)=3-12i. 3 ( 1 − 4 i ) = 3 − 12 i .
Prin urmare,
2 i ( 6 − i ) + 3 ( 1 − 4 i ) = 12 i + 2 + 3 − 12 i = 5. 2i(6-i)+3(1-4i)=12i+2+3-12i=5. 2 i ( 6 − i ) + 3 ( 1 − 4 i ) = 12 i + 2 + 3 − 12 i = 5.
Am arătat că
2 i ( 6 − i ) + 3 ( 1 − 4 i ) = 5 . \boxed{2i(6-i)+3(1-4i)=5}. 2 i ( 6 − i ) + 3 ( 1 − 4 i ) = 5 .
2. Funcția este
f ( x ) = x + 5. f(x)=x+5. f ( x ) = x + 5.
Compunerea funcției cu ea însăși este
( f ∘ f ) ( a ) = f ( f ( a ) ) = f ( a + 5 ) = a + 5 + 5 = a + 10. (f\circ f)(a)=f(f(a))=f(a+5)=a+5+5=a+10. ( f ∘ f ) ( a ) = f ( f ( a )) = f ( a + 5 ) = a + 5 + 5 = a + 10.
Condiția din enunț devine
a + 10 = 2 a . a+10=2a. a + 10 = 2 a .
Rezultă
a = 10. a=10. a = 10.
Verificare:
( f ∘ f ) ( 10 ) = f ( 15 ) = 20 = 2 ⋅ 10. (f\circ f)(10)=f(15)=20=2\cdot 10. ( f ∘ f ) ( 10 ) = f ( 15 ) = 20 = 2 ⋅ 10.
Deci
a = 10 . \boxed{a=10}. a = 10 .
3. Ecuația este
x 2 + 4 x − 4 = x 2 . \sqrt{x^2+4x-4}=x\sqrt2. x 2 + 4 x − 4 = x 2 .
Deoarece membrul stâng este nenegativ, trebuie să avem
x 2 ≥ 0 ⟺ x ≥ 0. x\sqrt2\ge 0 \Longleftrightarrow x\ge 0. x 2 ≥ 0 ⟺ x ≥ 0.
Pentru x ≥ 0 x\ge 0 x ≥ 0 , putem ridica la pătrat:
x 2 + 4 x − 4 = 2 x 2 . x^2+4x-4=2x^2. x 2 + 4 x − 4 = 2 x 2 .
Rezultă
x 2 − 4 x + 4 = 0 ⟺ ( x − 2 ) 2 = 0. x^2-4x+4=0
\Longleftrightarrow
(x-2)^2=0. x 2 − 4 x + 4 = 0 ⟺ ( x − 2 ) 2 = 0.
Deci
x = 2. x=2. x = 2.
Verificare:
2 2 + 4 ⋅ 2 − 4 = 8 = 2 2 . \sqrt{2^2+4\cdot2-4}=\sqrt8=2\sqrt2. 2 2 + 4 ⋅ 2 − 4 = 8 = 2 2 .
Soluția este
x = 2 . \boxed{x=2}. x = 2 .
4. 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\}, { 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } ,
deci sunt 10 10 10 cazuri posibile.
Avem
16 = 2 4 . 16=2^4. 16 = 2 4 .
Numărul 2 n 2^n 2 n este divizibil cu 16 16 16 dacă și numai dacă
n ≥ 4. n\ge 4. n ≥ 4.
Din mulțimea de mai sus, valorile favorabile sunt
n ∈ { 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } . n\in\{4,5,6,7,8,9\}. n ∈ { 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } .
Sunt 6 6 6 cazuri favorabile, deci probabilitatea este
P = 6 10 = 3 5 . P=\frac{6}{10}=\frac35. P = 10 6 = 5 3 .
Răspuns:
3 5 . \boxed{\frac35}. 5 3 .
5. Avem
O ( 0 , 0 ) , A ( 3 , 1 ) , B ( 2 , 4 ) . O(0,0),\qquad A(3,1),\qquad B(2,4). O ( 0 , 0 ) , A ( 3 , 1 ) , B ( 2 , 4 ) .
Pentru a arăta că triunghiul O A B OAB O A B este dreptunghic în A A A , verificăm perpendicularitatea vectorilor
A O → \overrightarrow{AO} A O și A B → \overrightarrow{AB} A B .
Calculăm:
A O → = O − A = ( 0 − 3 , 0 − 1 ) = ( − 3 , − 1 ) , \overrightarrow{AO}=O-A=(0-3,0-1)=(-3,-1), A O = O − A = ( 0 − 3 , 0 − 1 ) = ( − 3 , − 1 ) ,
A B → = B − A = ( 2 − 3 , 4 − 1 ) = ( − 1 , 3 ) . \overrightarrow{AB}=B-A=(2-3,4-1)=(-1,3). A B = B − A = ( 2 − 3 , 4 − 1 ) = ( − 1 , 3 ) .
Produsul scalar este
A O → ⋅ A B → = ( − 3 ) ( − 1 ) + ( − 1 ) ⋅ 3 = 3 − 3 = 0. \overrightarrow{AO}\cdot\overrightarrow{AB}
=(-3)(-1)+(-1)\cdot3=3-3=0. A O ⋅ A B = ( − 3 ) ( − 1 ) + ( − 1 ) ⋅ 3 = 3 − 3 = 0.
Deci
A O → ⊥ A B → . \overrightarrow{AO}\perp\overrightarrow{AB}. A O ⊥ A B .
Prin urmare, triunghiul O A B OAB O A B este dreptunghic în A A A .
6. Expresia este
E ( x ) = sin x + 2 cos 2 x + 2 sin 2 x 2 . E(x)=\sin x+2\cos 2x+2\sin^2\frac{x}{2}. E ( x ) = sin x + 2 cos 2 x + 2 sin 2 2 x .
Pentru x = π 2 x=\dfrac{\pi}{2} x = 2 π , avem
sin π 2 = 1 , cos π = − 1 , sin 2 π 4 = ( 2 2 ) 2 = 1 2 . \sin\frac{\pi}{2}=1,\qquad
\cos\pi=-1,\qquad
\sin^2\frac{\pi}{4}=\left(\frac{\sqrt2}{2}\right)^2=\frac12. sin 2 π = 1 , cos π = − 1 , sin 2 4 π = ( 2 2 ) 2 = 2 1 .
Astfel,
E ( π 2 ) = 1 + 2 ( − 1 ) + 2 ⋅ 1 2 = 1 − 2 + 1 = 0. E\left(\frac{\pi}{2}\right)
=1+2(-1)+2\cdot\frac12
=1-2+1=0. E ( 2 π ) = 1 + 2 ( − 1 ) + 2 ⋅ 2 1 = 1 − 2 + 1 = 0.
Am arătat că
E ( π 2 ) = 0 . \boxed{E\left(\frac{\pi}{2}\right)=0}. E ( 2 π ) = 0 .
SUBIECTUL al II-lea
1. Se consideră
A ( x ) = ( x + 1 − x − 2 x 2 x + 1 ) , x ∈ R . A(x)=
\begin{pmatrix}
x+1&-x\\
-2x&2x+1
\end{pmatrix},
\qquad x\in\mathbb R. A ( x ) = ( x + 1 − 2 x − x 2 x + 1 ) , x ∈ R .
1.a) Pentru x = 1 x=1 x = 1 , obținem
A ( 1 ) = ( 2 − 1 − 2 3 ) . A(1)=
\begin{pmatrix}
2&-1\\
-2&3
\end{pmatrix}. A ( 1 ) = ( 2 − 2 − 1 3 ) .
Determinantul este
det ( A ( 1 ) ) = 2 ⋅ 3 − ( − 1 ) ( − 2 ) = 6 − 2 = 4. \det(A(1))=2\cdot3-(-1)(-2)=6-2=4. det ( A ( 1 )) = 2 ⋅ 3 − ( − 1 ) ( − 2 ) = 6 − 2 = 4.
Deci
det ( A ( 1 ) ) = 4 . \boxed{\det(A(1))=4}. det ( A ( 1 )) = 4 .
1.b) Calculăm
A ( − 1 ) = ( 0 1 2 − 1 ) . A(-1)=
\begin{pmatrix}
0&1\\
2&-1
\end{pmatrix}. A ( − 1 ) = ( 0 2 1 − 1 ) .
Atunci
A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = ( 0 1 2 − 1 ) ( x + 1 − x − 2 x 2 x + 1 ) . A(-1)\cdot A(x)
=
\begin{pmatrix}
0&1\\
2&-1
\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}
x+1&-x\\
-2x&2x+1
\end{pmatrix}. A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = ( 0 2 1 − 1 ) ( x + 1 − 2 x − x 2 x + 1 ) .
Rezultă
A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = ( − 2 x 2 x + 1 2 ( x + 1 ) + 2 x − 2 x − ( 2 x + 1 ) ) = ( − 2 x 2 x + 1 4 x + 2 − 4 x − 1 ) . A(-1)\cdot A(x)
=
\begin{pmatrix}
-2x&2x+1\\
2(x+1)+2x&-2x-(2x+1)
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
-2x&2x+1\\
4x+2&-4x-1
\end{pmatrix}. A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = ( − 2 x 2 ( x + 1 ) + 2 x 2 x + 1 − 2 x − ( 2 x + 1 ) ) = ( − 2 x 4 x + 2 2 x + 1 − 4 x − 1 ) .
Pe de altă parte,
A ( − 2 x − 1 ) = ( − 2 x − ( − 2 x − 1 ) − 2 ( − 2 x − 1 ) 2 ( − 2 x − 1 ) + 1 ) = ( − 2 x 2 x + 1 4 x + 2 − 4 x − 1 ) . A(-2x-1)=
\begin{pmatrix}
-2x&-(-2x-1)\\
-2(-2x-1)&2(-2x-1)+1
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
-2x&2x+1\\
4x+2&-4x-1
\end{pmatrix}. A ( − 2 x − 1 ) = ( − 2 x − 2 ( − 2 x − 1 ) − ( − 2 x − 1 ) 2 ( − 2 x − 1 ) + 1 ) = ( − 2 x 4 x + 2 2 x + 1 − 4 x − 1 ) .
Prin urmare,
A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = A ( − 2 x − 1 ) , ∀ x ∈ R . \boxed{A(-1)\cdot A(x)=A(-2x-1)},\qquad \forall x\in\mathbb R. A ( − 1 ) ⋅ A ( x ) = A ( − 2 x − 1 ) , ∀ x ∈ R .
1.c) Din subpunctul anterior,
A ( − 1 ) ⋅ A ( m ) = A ( − 2 m − 1 ) , A(-1)\cdot A(m)=A(-2m-1), A ( − 1 ) ⋅ A ( m ) = A ( − 2 m − 1 ) ,
și
A ( − 1 ) ⋅ A ( n ) = A ( − 2 n − 1 ) . A(-1)\cdot A(n)=A(-2n-1). A ( − 1 ) ⋅ A ( n ) = A ( − 2 n − 1 ) .
Prin distributivitate,
A ( − 1 ) ⋅ ( A ( m ) + A ( n ) ) = A ( − 2 m − 1 ) + A ( − 2 n − 1 ) . A(-1)\cdot(A(m)+A(n))=A(-2m-1)+A(-2n-1). A ( − 1 ) ⋅ ( A ( m ) + A ( n )) = A ( − 2 m − 1 ) + A ( − 2 n − 1 ) .
Notăm
s = ( − 2 m − 1 ) + ( − 2 n − 1 ) = − 2 ( m + n ) − 2. s=(-2m-1)+(-2n-1)=-2(m+n)-2. s = ( − 2 m − 1 ) + ( − 2 n − 1 ) = − 2 ( m + n ) − 2.
Pentru orice u , v ∈ R u,v\in\mathbb R u , v ∈ R ,
A ( u ) + A ( v ) = ( u + v + 2 − ( u + v ) − 2 ( u + v ) 2 ( u + v ) + 2 ) . A(u)+A(v)=
\begin{pmatrix}
u+v+2&-(u+v)\\
-2(u+v)&2(u+v)+2
\end{pmatrix}. A ( u ) + A ( v ) = ( u + v + 2 − 2 ( u + v ) − ( u + v ) 2 ( u + v ) + 2 ) .
Astfel,
A ( − 2 m − 1 ) + A ( − 2 n − 1 ) = ( s + 2 − s − 2 s 2 s + 2 ) . A(-2m-1)+A(-2n-1)=
\begin{pmatrix}
s+2&-s\\
-2s&2s+2
\end{pmatrix}. A ( − 2 m − 1 ) + A ( − 2 n − 1 ) = ( s + 2 − 2 s − s 2 s + 2 ) .
De asemenea,
2 A ( − 4 ) = 2 ( − 3 4 8 − 7 ) = ( − 6 8 16 − 14 ) . 2A(-4)=2
\begin{pmatrix}
-3&4\\
8&-7
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
-6&8\\
16&-14
\end{pmatrix}. 2 A ( − 4 ) = 2 ( − 3 8 4 − 7 ) = ( − 6 16 8 − 14 ) .
Egalitatea cerută este echivalentă cu
( s + 2 − s − 2 s 2 s + 2 ) = ( − 6 8 16 − 14 ) . \begin{pmatrix}
s+2&-s\\
-2s&2s+2
\end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix}
-6&8\\
16&-14
\end{pmatrix}. ( s + 2 − 2 s − s 2 s + 2 ) = ( − 6 16 8 − 14 ) .
Din prima poziție obținem
s + 2 = − 6 ⟺ s = − 8 , s+2=-6 \Longleftrightarrow s=-8, s + 2 = − 6 ⟺ s = − 8 ,
iar celelalte poziții dau aceeași condiție.
Cum
s = − 2 ( m + n ) − 2 , s=-2(m+n)-2, s = − 2 ( m + n ) − 2 ,
rezultă
− 2 ( m + n ) − 2 = − 8 ⟺ − 2 ( m + n ) = − 6 ⟺ m + n = 3. -2(m+n)-2=-8
\Longleftrightarrow
-2(m+n)=-6
\Longleftrightarrow
m+n=3. − 2 ( m + n ) − 2 = − 8 ⟺ − 2 ( m + n ) = − 6 ⟺ m + n = 3.
Pentru m , n ∈ N m,n\in\mathbb N m , n ∈ N și m < n m<n m < n , perechile sunt
( m , n ) ∈ { ( 0 , 3 ) , ( 1 , 2 ) } . (m,n)\in\{(0,3),(1,2)\}. ( m , n ) ∈ {( 0 , 3 ) , ( 1 , 2 )} .
Răspuns:
( m , n ) ∈ { ( 0 , 3 ) , ( 1 , 2 ) } . \boxed{(m,n)\in\{(0,3),(1,2)\}}. ( m , n ) ∈ {( 0 , 3 ) , ( 1 , 2 )} .
2. Pe R \mathbb R R este definită legea
x ∘ y = x ⋅ 3 y + y ⋅ 3 x . x\circ y=x\cdot 3^y+y\cdot 3^x. x ∘ y = x ⋅ 3 y + y ⋅ 3 x .
2.a) Calculăm:
1 ∘ 2 = 1 ⋅ 3 2 + 2 ⋅ 3 1 = 9 + 6 = 15. 1\circ 2=1\cdot3^2+2\cdot3^1=9+6=15. 1 ∘ 2 = 1 ⋅ 3 2 + 2 ⋅ 3 1 = 9 + 6 = 15.
Deci
1 ∘ 2 = 15 . \boxed{1\circ2=15}. 1 ∘ 2 = 15 .
2.b) Pentru orice x ∈ R x\in\mathbb R x ∈ R , avem
x ∘ 0 = x ⋅ 3 0 + 0 ⋅ 3 x = x ⋅ 1 + 0 = x , x\circ0=x\cdot3^0+0\cdot3^x=x\cdot1+0=x, x ∘ 0 = x ⋅ 3 0 + 0 ⋅ 3 x = x ⋅ 1 + 0 = x ,
și
0 ∘ x = 0 ⋅ 3 x + x ⋅ 3 0 = 0 + x ⋅ 1 = x . 0\circ x=0\cdot3^x+x\cdot3^0=0+x\cdot1=x. 0 ∘ x = 0 ⋅ 3 x + x ⋅ 3 0 = 0 + x ⋅ 1 = x .
Prin urmare, 0 0 0 este element neutru al legii de compoziție:
e = 0 . \boxed{e=0}. e = 0 .
2.c) Condiția este
x ∘ ( 3 x ) = ( 2 x ) ∘ ( 2 x ) , x ≠ 0. x\circ(3x)=(2x)\circ(2x),\qquad x\ne0. x ∘ ( 3 x ) = ( 2 x ) ∘ ( 2 x ) , x = 0.
Folosim definiția legii:
x ∘ ( 3 x ) = x ⋅ 3 3 x + 3 x ⋅ 3 x , x\circ(3x)=x\cdot3^{3x}+3x\cdot3^x, x ∘ ( 3 x ) = x ⋅ 3 3 x + 3 x ⋅ 3 x ,
și
( 2 x ) ∘ ( 2 x ) = 2 x ⋅ 3 2 x + 2 x ⋅ 3 2 x = 4 x ⋅ 3 2 x . (2x)\circ(2x)=2x\cdot3^{2x}+2x\cdot3^{2x}=4x\cdot3^{2x}. ( 2 x ) ∘ ( 2 x ) = 2 x ⋅ 3 2 x + 2 x ⋅ 3 2 x = 4 x ⋅ 3 2 x .
Ecuația devine
x ⋅ 3 3 x + 3 x ⋅ 3 x = 4 x ⋅ 3 2 x . x\cdot3^{3x}+3x\cdot3^x=4x\cdot3^{2x}. x ⋅ 3 3 x + 3 x ⋅ 3 x = 4 x ⋅ 3 2 x .
Deoarece x ≠ 0 x\ne0 x = 0 , împărțim la x x x :
3 3 x + 3 ⋅ 3 x = 4 ⋅ 3 2 x . 3^{3x}+3\cdot3^x=4\cdot3^{2x}. 3 3 x + 3 ⋅ 3 x = 4 ⋅ 3 2 x .
Notăm
t = 3 x . t=3^x. t = 3 x .
Atunci t > 0 t>0 t > 0 , iar ecuația devine
t 3 + 3 t = 4 t 2 . t^3+3t=4t^2. t 3 + 3 t = 4 t 2 .
Mutăm toți termenii în același membru:
t 3 − 4 t 2 + 3 t = 0 ⟺ t ( t 2 − 4 t + 3 ) = 0. t^3-4t^2+3t=0
\Longleftrightarrow
t(t^2-4t+3)=0. t 3 − 4 t 2 + 3 t = 0 ⟺ t ( t 2 − 4 t + 3 ) = 0.
Cum t > 0 t>0 t > 0 , nu putem avea t = 0 t=0 t = 0 . Rămâne
t 2 − 4 t + 3 = 0 ⟺ ( t − 1 ) ( t − 3 ) = 0. t^2-4t+3=0
\Longleftrightarrow
(t-1)(t-3)=0. t 2 − 4 t + 3 = 0 ⟺ ( t − 1 ) ( t − 3 ) = 0.
Deci
t = 1 sau t = 3. t=1 \quad \text{sau}\quad t=3. t = 1 sau t = 3.
Din 3 x = 1 3^x=1 3 x = 1 rezultă x = 0 x=0 x = 0 , dar această valoare este exclusă. Din 3 x = 3 3^x=3 3 x = 3 rezultă
x = 1. x=1. x = 1.
Verificare:
1 ∘ 3 = 1 ⋅ 27 + 3 ⋅ 3 = 36 , 1\circ3=1\cdot27+3\cdot3=36, 1 ∘ 3 = 1 ⋅ 27 + 3 ⋅ 3 = 36 ,
2 ∘ 2 = 2 ⋅ 9 + 2 ⋅ 9 = 36. 2\circ2=2\cdot9+2\cdot9=36. 2 ∘ 2 = 2 ⋅ 9 + 2 ⋅ 9 = 36.
Soluția este
x = 1 . \boxed{x=1}. x = 1 .
SUBIECTUL al III-lea
1. Se consideră
f : R → R , f ( x ) = e x x 2 + 3 x + 3 . f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad
f(x)=\frac{e^x}{x^2+3x+3}. f : R → R , f ( x ) = x 2 + 3 x + 3 e x .
Numitorul este
x 2 + 3 x + 3 = ( x + 3 2 ) 2 + 3 4 > 0 , x^2+3x+3=\left(x+\frac32\right)^2+\frac34>0, x 2 + 3 x + 3 = ( x + 2 3 ) 2 + 4 3 > 0 ,
pentru orice x ∈ R x\in\mathbb R x ∈ R , deci funcția este bine definită pe R \mathbb R R .
1.a) Notăm
q ( x ) = x 2 + 3 x + 3. q(x)=x^2+3x+3. q ( x ) = x 2 + 3 x + 3.
Atunci
q ′ ( x ) = 2 x + 3. q'(x)=2x+3. q ′ ( x ) = 2 x + 3.
Aplicând regula derivării unui raport, obținem
f ′ ( x ) = e x q ( x ) − e x q ′ ( x ) q ( x ) 2 = e x ( q ( x ) − q ′ ( x ) ) q ( x ) 2 . f'(x)=\frac{e^x q(x)-e^x q'(x)}{q(x)^2}
=\frac{e^x(q(x)-q'(x))}{q(x)^2}. f ′ ( x ) = q ( x ) 2 e x q ( x ) − e x q ′ ( x ) = q ( x ) 2 e x ( q ( x ) − q ′ ( x )) .
Calculăm:
q ( x ) − q ′ ( x ) = x 2 + 3 x + 3 − ( 2 x + 3 ) = x 2 + x . q(x)-q'(x)=x^2+3x+3-(2x+3)=x^2+x. q ( x ) − q ′ ( x ) = x 2 + 3 x + 3 − ( 2 x + 3 ) = x 2 + x .
Prin urmare,
f ′ ( x ) = e x ( x 2 + x ) ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 , x ∈ R . \boxed{
f'(x)=\frac{e^x(x^2+x)}{(x^2+3x+3)^2}
},\qquad x\in\mathbb R. f ′ ( x ) = ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 e x ( x 2 + x ) , x ∈ R .
1.b) Avem o formă de tip + ∞ + ∞ \dfrac{+\infty}{+\infty} + ∞ + ∞ , deci putem aplica de două ori regula lui l’Hospital:
lim x → + ∞ e x x 2 + 3 x + 3 = lim x → + ∞ e x 2 x + 3 . \lim_{x\to+\infty}\frac{e^x}{x^2+3x+3}
=
\lim_{x\to+\infty}\frac{e^x}{2x+3}. x → + ∞ lim x 2 + 3 x + 3 e x = x → + ∞ lim 2 x + 3 e x .
Din nou,
lim x → + ∞ e x 2 x + 3 = lim x → + ∞ e x 2 = + ∞ . \lim_{x\to+\infty}\frac{e^x}{2x+3}
=
\lim_{x\to+\infty}\frac{e^x}{2}
=+\infty. x → + ∞ lim 2 x + 3 e x = x → + ∞ lim 2 e x = + ∞.
Așadar,
lim x → + ∞ f ( x ) = + ∞ . \boxed{\displaystyle\lim_{x\to+\infty} f(x)=+\infty}. x → + ∞ lim f ( x ) = + ∞ .
1.c) Trebuie să demonstrăm că
f ( x ) − f ( y ) ≤ 3 − e 3 e , x ≤ 0 ≤ y . f(x)-f(y)\le \frac{3-e}{3e},
\qquad x\le0\le y. f ( x ) − f ( y ) ≤ 3 e 3 − e , x ≤ 0 ≤ y .
Din formula derivatei,
f ′ ( x ) = e x x ( x + 1 ) ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 . f'(x)=\frac{e^x x(x+1)}{(x^2+3x+3)^2}. f ′ ( x ) = ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 e x x ( x + 1 ) .
Deoarece
e x > 0 și ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 > 0 , e^x>0
\quad \text{și}\quad
(x^2+3x+3)^2>0, e x > 0 ș i ( x 2 + 3 x + 3 ) 2 > 0 ,
semnul lui f ′ ( x ) f'(x) f ′ ( x ) este semnul produsului x ( x + 1 ) x(x+1) x ( x + 1 ) .
Astfel,
f ′ ( x ) > 0 pe ( − ∞ , − 1 ) , f'(x)>0 \text{ pe } (-\infty,-1), f ′ ( x ) > 0 pe ( − ∞ , − 1 ) ,
f ′ ( x ) < 0 pe ( − 1 , 0 ) , f'(x)<0 \text{ pe } (-1,0), f ′ ( x ) < 0 pe ( − 1 , 0 ) ,
și
f ′ ( x ) > 0 pe ( 0 , + ∞ ) . f'(x)>0 \text{ pe } (0,+\infty). f ′ ( x ) > 0 pe ( 0 , + ∞ ) .
Rezultă că, pe intervalul ( − ∞ , 0 ] (-\infty,0] ( − ∞ , 0 ] , funcția are valoare maximă în x = − 1 x=-1 x = − 1 . Deci, pentru orice x ≤ 0 x\le0 x ≤ 0 ,
f ( x ) ≤ f ( − 1 ) . f(x)\le f(-1). f ( x ) ≤ f ( − 1 ) .
Pe intervalul [ 0 , + ∞ ) [0,+\infty) [ 0 , + ∞ ) , funcția este crescătoare, deci, pentru orice y ≥ 0 y\ge0 y ≥ 0 ,
f ( y ) ≥ f ( 0 ) . f(y)\ge f(0). f ( y ) ≥ f ( 0 ) .
Prin urmare,
f ( x ) − f ( y ) ≤ f ( − 1 ) − f ( 0 ) . f(x)-f(y)\le f(-1)-f(0). f ( x ) − f ( y ) ≤ f ( − 1 ) − f ( 0 ) .
Calculăm:
f ( − 1 ) = e − 1 ( − 1 ) 2 + 3 ( − 1 ) + 3 = e − 1 1 = 1 e , f(-1)=\frac{e^{-1}}{(-1)^2+3(-1)+3}
=\frac{e^{-1}}{1}=\frac1e, f ( − 1 ) = ( − 1 ) 2 + 3 ( − 1 ) + 3 e − 1 = 1 e − 1 = e 1 ,
și
f ( 0 ) = 1 3 . f(0)=\frac{1}{3}. f ( 0 ) = 3 1 .
Rezultă
f ( − 1 ) − f ( 0 ) = 1 e − 1 3 = 3 − e 3 e . f(-1)-f(0)=\frac1e-\frac13
=\frac{3-e}{3e}. f ( − 1 ) − f ( 0 ) = e 1 − 3 1 = 3 e 3 − e .
Deci
f ( x ) − f ( y ) ≤ 3 − e 3 e , x ≤ 0 ≤ y . \boxed{
f(x)-f(y)\le \frac{3-e}{3e}
},
\qquad x\le0\le y. f ( x ) − f ( y ) ≤ 3 e 3 − e , x ≤ 0 ≤ y .
2. Se consideră
f : ( 0 , + ∞ ) → R , f ( x ) = 4 x + 1 + 3 x ln x . f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad
f(x)=4x+1+3x\ln x. f : ( 0 , + ∞ ) → R , f ( x ) = 4 x + 1 + 3 x ln x .
2.a) Pe intervalul [ 1 , 2 ] [1,2] [ 1 , 2 ] , avem x > 0 x>0 x > 0 , deci funcția este bine definită. Observăm că
f ( x ) − 3 x ln x = 4 x + 1. f(x)-3x\ln x=4x+1. f ( x ) − 3 x ln x = 4 x + 1.
Prin urmare,
∫ 1 2 ( f ( x ) − 3 x ln x ) d x = ∫ 1 2 ( 4 x + 1 ) d x . \int_1^2 (f(x)-3x\ln x)\,dx
=
\int_1^2 (4x+1)\,dx. ∫ 1 2 ( f ( x ) − 3 x ln x ) d x = ∫ 1 2 ( 4 x + 1 ) d x .
Calculăm:
∫ 1 2 ( 4 x + 1 ) d x = [ 2 x 2 + x ] 1 2 = ( 8 + 2 ) − ( 2 + 1 ) = 10 − 3 = 7. \int_1^2 (4x+1)\,dx
=
\left[2x^2+x\right]_1^2
=(8+2)-(2+1)=10-3=7. ∫ 1 2 ( 4 x + 1 ) d x = [ 2 x 2 + x ] 1 2 = ( 8 + 2 ) − ( 2 + 1 ) = 10 − 3 = 7.
Așadar,
∫ 1 2 ( f ( x ) − 3 x ln x ) d x = 7 . \boxed{\displaystyle\int_1^2 (f(x)-3x\ln x)\,dx=7}. ∫ 1 2 ( f ( x ) − 3 x ln x ) d x = 7 .
2.b) Pe intervalul [ 1 , e ] [1,e] [ 1 , e ] , avem x > 0 x>0 x > 0 . În plus,
f ( x ) − 4 x − 1 = 3 x ln x . f(x)-4x-1=3x\ln x. f ( x ) − 4 x − 1 = 3 x ln x .
Atunci
∫ 1 e f ( x ) − 4 x − 1 x d x = ∫ 1 e 3 x ln x x d x = 3 ∫ 1 e ln x d x . \int_1^e \frac{f(x)-4x-1}{x}\,dx
=
\int_1^e \frac{3x\ln x}{x}\,dx
=
3\int_1^e \ln x\,dx. ∫ 1 e x f ( x ) − 4 x − 1 d x = ∫ 1 e x 3 x ln x d x = 3 ∫ 1 e ln x d x .
Folosim primitiva
∫ ln x d x = x ln x − x + C . \int \ln x\,dx=x\ln x-x+C. ∫ ln x d x = x ln x − x + C .
Deci
3 ∫ 1 e ln x d x = 3 [ x ln x − x ] 1 e . 3\int_1^e \ln x\,dx
=3\left[x\ln x-x\right]_1^e. 3 ∫ 1 e ln x d x = 3 [ x ln x − x ] 1 e .
Calculăm:
[ x ln x − x ] 1 e = ( e ln e − e ) − ( 1 ln 1 − 1 ) = ( e − e ) − ( 0 − 1 ) = 1. \left[x\ln x-x\right]_1^e
=(e\ln e-e)-(1\ln1-1)
=(e-e)-(0-1)=1. [ x ln x − x ] 1 e = ( e ln e − e ) − ( 1 ln 1 − 1 ) = ( e − e ) − ( 0 − 1 ) = 1.
Prin urmare,
∫ 1 e f ( x ) − 4 x − 1 x d x = 3 . \boxed{\displaystyle\int_1^e \frac{f(x)-4x-1}{x}\,dx=3}. ∫ 1 e x f ( x ) − 4 x − 1 d x = 3 .
2.c) Pe intervalul [ 2 , 4 ] [2,4] [ 2 , 4 ] , avem x > 0 x>0 x > 0 și ln x > 0 \ln x>0 ln x > 0 , deci integrala este bine definită. Din definiția funcției,
f ( x ) − 1 = 4 x + 3 x ln x = x ( 4 + 3 ln x ) . f(x)-1=4x+3x\ln x=x(4+3\ln x). f ( x ) − 1 = 4 x + 3 x ln x = x ( 4 + 3 ln x ) .
Astfel,
f ( x ) − 1 x 2 ln x = x ( 4 + 3 ln x ) x 2 ln x = 4 + 3 ln x x ln x = 4 x ln x + 3 x . \frac{f(x)-1}{x^2\ln x}
=
\frac{x(4+3\ln x)}{x^2\ln x}
=
\frac{4+3\ln x}{x\ln x}
=
\frac{4}{x\ln x}+\frac3x. x 2 ln x f ( x ) − 1 = x 2 ln x x ( 4 + 3 ln x ) = x ln x 4 + 3 ln x = x ln x 4 + x 3 .
Integrala devine
∫ 2 4 f ( x ) − 1 x 2 ln x d x = 4 ∫ 2 4 1 x ln x d x + 3 ∫ 2 4 1 x d x . \int_2^4 \frac{f(x)-1}{x^2\ln x}\,dx
=
4\int_2^4 \frac{1}{x\ln x}\,dx
+3\int_2^4 \frac1x\,dx. ∫ 2 4 x 2 ln x f ( x ) − 1 d x = 4 ∫ 2 4 x ln x 1 d x + 3 ∫ 2 4 x 1 d x .
Pentru prima integrală folosim substituția u = ln x u=\ln x u = ln x , d u = 1 x d x du=\dfrac1x\,dx d u = x 1 d x :
∫ 2 4 1 x ln x d x = [ ln ( ln x ) ] 2 4 = ln ( ln 4 ) − ln ( ln 2 ) . \int_2^4 \frac{1}{x\ln x}\,dx
=
\left[\ln(\ln x)\right]_2^4
=
\ln(\ln4)-\ln(\ln2). ∫ 2 4 x ln x 1 d x = [ ln ( ln x ) ] 2 4 = ln ( ln 4 ) − ln ( ln 2 ) .
Cum
ln 4 = ln ( 2 2 ) = 2 ln 2 , \ln4=\ln(2^2)=2\ln2, ln 4 = ln ( 2 2 ) = 2 ln 2 ,
rezultă
ln ( ln 4 ) − ln ( ln 2 ) = ln ( 2 ln 2 ) − ln ( ln 2 ) = ln 2. \ln(\ln4)-\ln(\ln2)
=
\ln(2\ln2)-\ln(\ln2)
=
\ln2. ln ( ln 4 ) − ln ( ln 2 ) = ln ( 2 ln 2 ) − ln ( ln 2 ) = ln 2.
De asemenea,
∫ 2 4 1 x d x = [ ln x ] 2 4 = ln 4 − ln 2 = ln 2. \int_2^4 \frac1x\,dx
=
\left[\ln x\right]_2^4
=
\ln4-\ln2
=
\ln2. ∫ 2 4 x 1 d x = [ ln x ] 2 4 = ln 4 − ln 2 = ln 2.
Prin urmare,
∫ 2 4 f ( x ) − 1 x 2 ln x d x = 4 ln 2 + 3 ln 2 = 7 ln 2. \int_2^4 \frac{f(x)-1}{x^2\ln x}\,dx
=4\ln2+3\ln2=7\ln2. ∫ 2 4 x 2 ln x f ( x ) − 1 d x = 4 ln 2 + 3 ln 2 = 7 ln 2.
Din condiția
∫ 2 4 f ( x ) − 1 x 2 ln x d x = a ln 2 \int_2^4 \frac{f(x)-1}{x^2\ln x}\,dx=a\ln2 ∫ 2 4 x 2 ln x f ( x ) − 1 d x = a ln 2
obținem
a ln 2 = 7 ln 2. a\ln2=7\ln2. a ln 2 = 7 ln 2.
Deoarece ln 2 ≠ 0 \ln2\ne0 ln 2 = 0 , rezultă
a = 7 . \boxed{a=7}. a = 7 .
Autoevaluare pentru punctaj maxim
Toate cele 18 subpuncte au fost rezolvate în ordinea enunțului oficial.
Am verificat notațiile pierdute în textul extras din PDF: la I.3 ecuația este cu radical, la I.4 numărul este 2 n 2^n 2 n , iar la II.2 legea este x ∘ y = x ⋅ 3 y + y ⋅ 3 x x\circ y=x\cdot3^y+y\cdot3^x x ∘ y = x ⋅ 3 y + y ⋅ 3 x .
Au fost precizate condițiile de domeniu pentru radical, puteri, logaritmi, numitori și integrale.
Calculele de algebră, probabilitate, geometrie analitică, trigonometrie, matrice, lege de compoziție, derivare, monotonie, limită și integrare sunt dezvoltate explicit.
Rezultatele finale au fost reverificate: a = 10 a=10 a = 10 , x = 2 x=2 x = 2 , probabilitatea 3 5 \frac35 5 3 , perechile ( 0 , 3 ) (0,3) ( 0 , 3 ) , ( 1 , 2 ) (1,2) ( 1 , 2 ) , soluția x = 1 x=1 x = 1 , inegalitatea 3 − e 3 e \frac{3-e}{3e} 3 e 3 − e și a = 7 a=7 a = 7 .