BACEduHub
matematicaȘtiințele Naturii (M2)Anul 2025Sesiunea Iunie (Vară)

Bacalaureat 2025 - Matematică Științele Naturii (M2) - Sesiunea Iunie (Vară)

Spațiu Publicitar (Google AdSense)Reclamele vor fi încărcate aici

Examenul Național de Bacalaureat 2025

Proba E. c) Matematică M_șt-nat

Sesiunea Iunie (Vară) - Varianta 1

Filiera teoretică, profilul real, specializarea științe ale naturii


Notă generală: Toate subiectele sunt obligatorii. Se acordă zece puncte din oficiu. Timpul de lucru efectiv este de trei ore.


SUBIECTUL I (30 de puncte)

1. Progresii Aritmetice (5p)

Determinați termenul a3a_3 al progresiei aritmetice (an)n1(a_n)_{n \ge 1}, în care a1=4a_1 = 4 și a2=15a_2 = 15.

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Determinarea rației progresiei aritmetice

Într-o progresie aritmetică (an)n1(a_n)_{n \ge 1}, diferența dintre doi termeni consecutivi este egală cu rația rr:

r=a2a1=154=11r = a_2 - a_1 = 15 - 4 = 11

(3 puncte)

Pasul 2: Calculul termenului a3a_3

Termenul a3a_3 se obține adunând rația la termenul precedent a2a_2:

a3=a2+r=15+11=26a_3 = a_2 + r = 15 + 11 = 26

Alternativ, folosind formula termenului general an=a1+(n1)ra_n = a_1 + (n - 1)r:

a3=a1+2r=4+211=4+22=26a_3 = a_1 + 2r = 4 + 2 \cdot 11 = 4 + 22 = 26

(2 puncte)


2. Ecuații cu Funcții de Gradul I (5p)

Se consideră funcția f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R}, f(x)=3x2f(x) = 3x - 2. Determinați numărul real aa pentru care f(a)+f(2)=2af(a) + f(2) = 2a.

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Calculul valorilor funcției ff

Calculăm valoarea funcției în punctul x=2x = 2:

f(2)=322=62=4f(2) = 3 \cdot 2 - 2 = 6 - 2 = 4

Pentru un număr real arbitrar aa, valoarea funcției este:

f(a)=3a2f(a) = 3a - 2

(2 puncte)

Pasul 2: Rezolvarea ecuației în aa

Înlocuim expresiile obținute în relația dată în enunț:

f(a)+f(2)=2a    (3a2)+4=2af(a) + f(2) = 2a \iff (3a - 2) + 4 = 2a 3a+2=2a    3a2a=2    a=23a + 2 = 2a \iff 3a - 2a = -2 \iff a = -2

Așadar, numărul real căutat este a=2a = -2.

(3 puncte)


3. Ecuație Logaritmică (5p)

Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația log2(x23x+2)=log2(2+x)\log_2(x^2 - 3x + 2) = \log_2(2 + x).

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Condițiile de existență ale logaritmilor

Argumentele ambilor logaritmi trebuie să fie strict pozitive:

  1. x23x+2>0    (x1)(x2)>0    x(,1)(2,+)x^2 - 3x + 2 > 0 \iff (x - 1)(x - 2) > 0 \iff x \in (-\infty, 1) \cup (2, +\infty)
  2. 2+x>0    x>2    x(2,+)2 + x > 0 \iff x > -2 \iff x \in (-2, +\infty)

Intersectând domeniile, obținem domeniul de existență:

D=(2,1)(2,+)D = (-2, 1) \cup (2, +\infty)

Pasul 2: Egalarea argumentelor și rezolvarea ecuației algebrice

Datorită injectivității funcției logaritmice cu baza 22, egalitatea logaritmilor implică egalitatea argumentelor:

x23x+2=2+xx^2 - 3x + 2 = 2 + x

Trecem toți termenii în membrul stâng:

x24x=0    x(x4)=0x^2 - 4x = 0 \iff x(x - 4) = 0

(2 puncte)

Soluțiile acestei ecuații sunt:

x=0saux=4x = 0 \quad \text{sau} \quad x = 4

Pasul 3: Verificarea soluțiilor

Verificăm dacă soluțiile aparțin domeniului de existență DD:

  • Pentru x=0x = 0: 0(2,1)D0 \in (-2, 1) \subset D, deci soluția convine.
  • Pentru x=4x = 4: 4(2,+)D4 \in (2, +\infty) \subset D, deci soluția convine.

Mulțimea soluțiilor reale este S={0,4}S = \{0, 4\}.

(3 puncte)


4. Combinatorică și Cifre Distincte (5p)

Determinați câte numere naturale pare, de două cifre distincte, se pot forma cu elementele mulțimii A={1,2,3,5,7,8}A = \{1, 2, 3, 5, 7, 8\}.

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Alegerea cifrei unităților

Fie ab\overline{ab} un număr de două cifre format cu elemente din mulțimea AA, unde aba \neq b. Pentru ca numărul să fie par, cifra unităților bb trebuie să fie pară. Cifrele pare disponibile în mulțimea A={1,2,3,5,7,8}A = \{1, 2, 3, 5, 7, 8\} sunt:

b{2,8}b \in \{2, 8\}

Așadar, cifra unităților se poate alege în 22 moduri.

(2 puncte)

Pasul 2: Alegerea cifrei zecilor și aplicarea regulii produsului

După ce cifra unităților bb a fost fixată, cifra zecilor aa poate fi orice element din mulțimea AA, cu condiția aba \neq b. Mulțimea AA are 66 elemente, toate fiind cifre nenule, prin urmare rămân:

61=5 moduri de alegere pentru cifra zecilor a6 - 1 = 5 \text{ moduri de alegere pentru cifra zecilor } a

Conform regulii produsului, numărul total de numere pare cu două cifre distincte este:

25=10 numere2 \cdot 5 = 10 \text{ numere}

(3 puncte)


5. Geometrie Analitică (5p)

În reperul cartezian xOyxOy se consideră punctele A(0,5)A(0, 5), B(8,4)B(8, 4) și CC, mijlocul segmentului OBOB. Arătați că AO=ACAO = AC.

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Determinarea coordonatelor punctului CC

Originea reperului este O(0,0)O(0, 0). Punctul CC este mijlocul segmentului OBOB, unde B(8,4)B(8, 4):

xC=xO+xB2=0+82=4x_C = \frac{x_O + x_B}{2} = \frac{0 + 8}{2} = 4 yC=yO+yB2=0+42=2y_C = \frac{y_O + y_B}{2} = \frac{0 + 4}{2} = 2

Deci coordonatele punctului CC sunt C(4,2)C(4, 2).

(2 puncte)

Pasul 2: Calculul distanțelor AOAO și ACAC

Calculăm lungimea segmentului AOAO cu formula distanței dintre două puncte:

AO=(xOxA)2+(yOyA)2=(00)2+(05)2=0+25=5AO = \sqrt{(x_O - x_A)^2 + (y_O - y_A)^2} = \sqrt{(0 - 0)^2 + (0 - 5)^2} = \sqrt{0 + 25} = 5

Calculăm lungimea segmentului ACAC:

AC=(xCxA)2+(yCyA)2=(40)2+(25)2=42+(3)2=16+9=25=5AC = \sqrt{(x_C - x_A)^2 + (y_C - y_A)^2} = \sqrt{(4 - 0)^2 + (2 - 5)^2} = \sqrt{4^2 + (-3)^2} = \sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5

Deoarece AO=5AO = 5 și AC=5AC = 5, deducem că:

AO=AC=5AO = AC = 5

(3 puncte)


6. Trigonometrie în Triunghiul Dreptunghic (5p)

Se consideră triunghiul ABCABC, dreptunghic în AA, cu AB=4AB = 4 și cosB=23\cos B = \frac{2}{3}. Arătați că BC=6BC = 6.

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

Pasul 1: Scrierea raportului trigonometric pentru cosB\cos B

În triunghiul ABCABC dreptunghic în AA, cosinusul unghiului ascuțit BB este definit ca raportul dintre lungimea catetei alăturate unghiului și lungimea ipotenuzei:

cosB=ABBC\cos B = \frac{AB}{BC}

Înlocuim datele din ipoteză (AB=4AB = 4 și cosB=23\cos B = \frac{2}{3}):

23=4BC\frac{2}{3} = \frac{4}{BC}

(3 puncte)

Pasul 2: Determinarea lungimii ipotenuzei BCBC

Din proporție, exprimăm lungimea ipotenuzei BCBC:

BC=342=122=6BC = \frac{3 \cdot 4}{2} = \frac{12}{2} = 6

Egalitatea este demonstrată.

(2 puncte)


SUBIECTUL al II-lea (30 de puncte)

1. Matrice și Ecuații Matriceale (15p)

Se consideră matricele:

I2=(1001)șiA=(2813)I_2 = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \quad \text{și} \quad A = \begin{pmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{pmatrix}

a) Arătați că detA=2\det A = 2. (5p)

b) Arătați că matricea B=12(I2A)B = \frac{1}{2}(I_2 - A) este inversa matricei AA. (5p)

c) Determinați matricea XM2(R)X \in \mathcal{M}_2(\mathbb{R}) pentru care (AI2)X=2A(A - I_2) \cdot X = 2A. (5p)

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

a) Calculul determinantului matricei AA

Folosind formula determinantului de ordin 22, det(abcd)=adbc\det \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} = ad - bc:

detA=2813=(2)38(1)\det A = \begin{vmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{vmatrix} = (-2) \cdot 3 - 8 \cdot (-1)

(3 puncte)

Efectuăm calculele:

detA=6(8)=6+8=2\det A = -6 - (-8) = -6 + 8 = 2

(2 puncte)

b) Verificarea proprietății de inversă pentru matricea BB

Calculăm mai întâi matricea I2AI_2 - A:

I2A=(1001)(2813)=(1(2)080(1)13)=(3812)I_2 - A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 - (-2) & 0 - 8 \\ 0 - (-1) & 1 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 & -8 \\ 1 & -2 \end{pmatrix}

Atunci matricea BB este:

B=12(I2A)=(324121)B = \frac{1}{2} (I_2 - A) = \begin{pmatrix} \frac{3}{2} & -4 \\ \frac{1}{2} & -1 \end{pmatrix}

(3 puncte)

Calculăm produsele ABA \cdot B și BAB \cdot A:

AB=(2813)(324121)=((2)(32)+8(12)(2)(4)+8(1)(1)(32)+3(12)(1)(4)+3(1))=(3+48832+3243)=(1001)=I2A \cdot B = \begin{pmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \frac{3}{2} & -4 \\ \frac{1}{2} & -1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} (-2)\left(\frac{3}{2}\right) + 8\left(\frac{1}{2}\right) & (-2)(-4) + 8(-1) \\ (-1)\left(\frac{3}{2}\right) + 3\left(\frac{1}{2}\right) & (-1)(-4) + 3(-1) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -3 + 4 & 8 - 8 \\ -\frac{3}{2} + \frac{3}{2} & 4 - 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = I_2

Similar, se verifică BA=I2B \cdot A = I_2. Cum AB=BA=I2A \cdot B = B \cdot A = I_2, deducem că matricea BB este inversa matricei AA, adică B=A1B = A^{-1}.

(2 puncte)

c) Determinarea matricei XX

Din subpunctul b), știm că I2A=2A1I_2 - A = 2A^{-1}, de unde deducem:

AI2=(I2A)=2A1A - I_2 = -(I_2 - A) = -2A^{-1}

Ecuația matriceală (AI2)X=2A(A - I_2) \cdot X = 2A devine:

2A1X=2A    A1X=A-2A^{-1} \cdot X = 2A \iff -A^{-1} \cdot X = A

Înmulțind la stânga ambii membri cu matricea AA:

AA1X=AA    I2X=A2    X=A2-A \cdot A^{-1} \cdot X = A \cdot A \iff -I_2 \cdot X = A^2 \iff X = -A^2

(3 puncte)

Calculăm A2A^2:

A2=(2813)(2813)=((2)(2)+8(1)(2)(8)+8(3)(1)(2)+3(1)(1)(8)+3(3))=(4816+24238+9)=(4811)A^2 = \begin{pmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} -2 & 8 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} (-2)(-2) + 8(-1) & (-2)(8) + 8(3) \\ (-1)(-2) + 3(-1) & (-1)(8) + 3(3) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 - 8 & -16 + 24 \\ 2 - 3 & -8 + 9 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -4 & 8 \\ -1 & 1 \end{pmatrix}

Prin urmare:

X=A2=(4811)=(4811)X = -A^2 = -\begin{pmatrix} -4 & 8 \\ -1 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & -8 \\ 1 & -1 \end{pmatrix}

(2 puncte)


2. Legi de Compoziție (15p)

Pe mulțimea M=[0,+)M = [0, +\infty) se definește legea de compoziție:

xy=x+yxyx * y = x + y - \sqrt{xy}

a) Arătați că 14=31 * 4 = 3. (5p)

b) Determinați xMx \in M pentru care x(9x)=x2x * (9x) = x^2. (5p)

c) Determinați numărul real xx pentru care 2x2x+2=62^x * 2^{x+2} = 6. (5p)

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

a) Calculul compunerii 141 * 4

Înlocuim x=1x = 1 și y=4y = 4 în formula legii de compoziție:

14=1+4141 * 4 = 1 + 4 - \sqrt{1 \cdot 4}

(3 puncte)

Efectuăm calculele:

14=54=52=31 * 4 = 5 - \sqrt{4} = 5 - 2 = 3

(2 puncte)

b) Rezolvarea ecuației x(9x)=x2x * (9x) = x^2

Pentru orice xM=[0,+)x \in M = [0, +\infty), calculăm membrul stâng al ecuației:

x(9x)=x+9xx9x=10x9x2x * (9x) = x + 9x - \sqrt{x \cdot 9x} = 10x - \sqrt{9x^2}

Deoarece x0x \ge 0, avem 9x2=3x\sqrt{9x^2} = 3x, deci:

x(9x)=10x3x=7xx * (9x) = 10x - 3x = 7x

(2 puncte)

Ecuația dată devine:

7x=x2    x27x=0    x(x7)=07x = x^2 \iff x^2 - 7x = 0 \iff x(x - 7) = 0

Soluțiile sunt:

x=0saux=7x = 0 \quad \text{sau} \quad x = 7

Ambele soluții aparțin mulțimii M=[0,+)M = [0, +\infty), deci convin.

(3 puncte)

c) Rezolvarea ecuației 2x2x+2=62^x * 2^{x+2} = 6

Pentru orice număr real xx, termenii 2x2^x și 2x+22^{x+2} sunt strict pozitivi, deci aparțin mulțimii MM. Calculăm expresia compunerii:

2x2x+2=2x+2x+22x2x+22^x * 2^{x+2} = 2^x + 2^{x+2} - \sqrt{2^x \cdot 2^{x+2}}

Folosind proprietățile puterilor:

2x+2x+222x+2=2x+222x(2x+1)2=2x+42x2x+1=2x+42x22x=(1+42)2x=32x2^x + 2^{x+2} - \sqrt{2^{2x+2}} = 2^x + 2^2 \cdot 2^x - \sqrt{(2^{x+1})^2} = 2^x + 4 \cdot 2^x - 2^{x+1} = 2^x + 4 \cdot 2^x - 2 \cdot 2^x = (1 + 4 - 2) \cdot 2^x = 3 \cdot 2^x

(3 puncte)

Ecuația din enunț devine:

32x=6    2x=63=2    2x=213 \cdot 2^x = 6 \iff 2^x = \frac{6}{3} = 2 \iff 2^x = 2^1

Datorită injectivității funcției exponențiale, obținem:

x=1x = 1

(2 puncte)


SUBIECTUL al III-lea (30 de puncte)

1. Analiză Matematică - Calcul Diferențial (15p)

Se consideră funcția f:(0,+)Rf: (0, +\infty) \to \mathbb{R}, definită prin:

f(x)=2xx2+x+2f(x) = \frac{2\sqrt{x}}{x^2 + x + 2}

a) Arătați că f(x)=3x2x+2x(x2+x+2)2f'(x) = \frac{-3x^2 - x + 2}{\sqrt{x}(x^2 + x + 2)^2}, x(0,+)x \in (0, +\infty). (5p)

b) Determinați ecuația asimptotei orizontale spre ++\infty la graficul funcției ff. (5p)

c) Determinați a(0,+)a \in (0, +\infty) pentru care tangenta la graficul funcției ff în punctul A(a,f(a))A(a, f(a)) este paralelă cu axa OxOx. (5p)

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

a) Calculul derivatei funcției ff

Funcția ff este derivabilă pe (0,+)(0, +\infty) ca raport de funcții derivabile. Aplicăm formula derivării câtului:

f(x)=(2x)(x2+x+2)2x(x2+x+2)(x2+x+2)2f'(x) = \frac{(2\sqrt{x})' \cdot (x^2 + x + 2) - 2\sqrt{x} \cdot (x^2 + x + 2)'}{(x^2 + x + 2)^2}

Calculăm derivatele termenilor:

  • (2x)=212x=1x(2\sqrt{x})' = 2 \cdot \frac{1}{2\sqrt{x}} = \frac{1}{\sqrt{x}}
  • (x2+x+2)=2x+1(x^2 + x + 2)' = 2x + 1

Înlocuim în expresia derivatei:

f(x)=1x(x2+x+2)2x(2x+1)(x2+x+2)2f'(x) = \frac{\frac{1}{\sqrt{x}}(x^2 + x + 2) - 2\sqrt{x}(2x + 1)}{(x^2 + x + 2)^2}

(3 puncte)

Aducem la numitor comun la numărător:

f(x)=x2+x+22xx(2x+1)x(x2+x+2)2=x2+x+22x(2x+1)x(x2+x+2)2f'(x) = \frac{\frac{x^2 + x + 2 - 2\sqrt{x} \cdot \sqrt{x} \cdot (2x + 1)}{\sqrt{x}}}{(x^2 + x + 2)^2} = \frac{x^2 + x + 2 - 2x(2x + 1)}{\sqrt{x}(x^2 + x + 2)^2} =x2+x+24x22xx(x2+x+2)2=3x2x+2x(x2+x+2)2,x(0,+)= \frac{x^2 + x + 2 - 4x^2 - 2x}{\sqrt{x}(x^2 + x + 2)^2} = \frac{-3x^2 - x + 2}{\sqrt{x}(x^2 + x + 2)^2}, \quad x \in (0, +\infty)

(2 puncte)

b) Determinarea ecuației asimptotei orizontale spre ++\infty

Calculăm limita funcției f(x)f(x) când x+x \to +\infty:

limx+f(x)=limx+2xx2+x+2\lim_{x \to +\infty} f(x) = \lim_{x \to +\infty} \frac{2\sqrt{x}}{x^2 + x + 2}

Dăm factor forțat pe x2x^2 la numitor:

limx+2xx2(1+1x+2x2)=limx+2x32(1+1x+2x2)=2+1=0\lim_{x \to +\infty} \frac{2\sqrt{x}}{x^2 \left(1 + \frac{1}{x} + \frac{2}{x^2}\right)} = \lim_{x \to +\infty} \frac{2}{x^{\frac{3}{2}} \left(1 + \frac{1}{x} + \frac{2}{x^2}\right)} = \frac{2}{+\infty \cdot 1} = 0

(3 puncte)

Deoarece limita este finită și egală cu 00, dreapta de ecuație y=0y = 0 (axa OxOx) este asimptotă orizontală spre ++\infty la graficul funcției ff.

(2 puncte)

c) Determinarea valorii parametrului aa

Tangenta la graficul funcției ff în punctul A(a,f(a))A(a, f(a)) are panta egală cu f(a)f'(a). Dreapta tangentă este paralelă cu axa OxOx dacă și numai dacă panta ei este nulă:

f(a)=0,a(0,+)f'(a) = 0, \quad a \in (0, +\infty)

(3 puncte)

Cum numitorul a(a2+a+2)2>0\sqrt{a}(a^2 + a + 2)^2 > 0 pentru orice a>0a > 0, egalitatea f(a)=0f'(a) = 0 este echivalentă cu anularea numărătorului:

3a2a+2=0    3a2+a2=0-3a^2 - a + 2 = 0 \iff 3a^2 + a - 2 = 0

Calculăm discriminantul ecuației de gradul al doilea:

Δ=1243(2)=1+24=25\Delta = 1^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-2) = 1 + 24 = 25

Rădăcinile ecuației sunt:

a1=1523=66=1șia2=1+523=46=23a_1 = \frac{-1 - 5}{2 \cdot 3} = \frac{-6}{6} = -1 \quad \text{și} \quad a_2 = \frac{-1 + 5}{2 \cdot 3} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}

Deoarece a(0,+)a \in (0, +\infty), soluția a1=1a_1 = -1 nu convine, iar a2=23a_2 = \frac{2}{3} convine. Așadar, valoarea căutată este a=23a = \frac{2}{3}.

(2 puncte)


2. Analiză Matematică - Calcul Integral (15p)

Se consideră funcția f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R}, definită prin:

f(x)=x3+3x+3f(x) = x^3 + 3x + 3

a) Arătați că 02(f(x)3x3)dx=4\int_0^2 (f(x) - 3x - 3)\,dx = 4. (5p)

b) Arătați că 011(f(x)x3)2dx=118\int_0^1 \frac{1}{(f(x) - x^3)^2}\,dx = \frac{1}{18}. (5p)

c) Determinați numărul real mm pentru care 1ef(x)3x2lnxdx=e2+m4\int_1^e \frac{f(x) - 3}{x^2} \ln x\,dx = \frac{e^2 + m}{4}. (5p)

📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial Arată Rezolvarea Pas cu Pas

a) Calculul integralei din enunț

Exprimăm integrandul:

f(x)3x3=(x3+3x+3)3x3=x3f(x) - 3x - 3 = (x^3 + 3x + 3) - 3x - 3 = x^3

Integrala devine:

02(f(x)3x3)dx=02x3dx=[x44]02\int_0^2 (f(x) - 3x - 3)\,dx = \int_0^2 x^3\,dx = \left[ \frac{x^4}{4} \right]_0^2

(3 puncte)

Calculăm valoarea integralei:

[x44]02=244044=1640=4\left[ \frac{x^4}{4} \right]_0^2 = \frac{2^4}{4} - \frac{0^4}{4} = \frac{16}{4} - 0 = 4

(2 puncte)

b) Calculul integralei din fracție rațională

Exprimăm numitorul din integrală:

f(x)x3=(x3+3x+3)x3=3x+3=3(x+1)f(x) - x^3 = (x^3 + 3x + 3) - x^3 = 3x + 3 = 3(x + 1)

Atunci:

(f(x)x3)2=[3(x+1)]2=9(x+1)2(f(x) - x^3)^2 = [3(x + 1)]^2 = 9(x + 1)^2

Integrala devine:

011(f(x)x3)2dx=0119(x+1)2dx=1901(x+1)2dx=19[1x+1]01\int_0^1 \frac{1}{(f(x) - x^3)^2}\,dx = \int_0^1 \frac{1}{9(x + 1)^2}\,dx = \frac{1}{9} \int_0^1 (x + 1)^{-2}\,dx = \frac{1}{9} \left[ -\frac{1}{x + 1} \right]_0^1

(3 puncte)

Aplicăm formula Leibniz-Newton:

19(11+1(10+1))=19(12+1)=1912=118\frac{1}{9} \left( -\frac{1}{1 + 1} - \left(-\frac{1}{0 + 1}\right) \right) = \frac{1}{9} \left( -\frac{1}{2} + 1 \right) = \frac{1}{9} \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{18}

(2 puncte)

c) Determinarea numărului real mm

Exprimăm mai întâi fracția din integrală:

f(x)3=(x3+3x+3)3=x3+3xf(x) - 3 = (x^3 + 3x + 3) - 3 = x^3 + 3x f(x)3x2=x3+3xx2=x+3x\frac{f(x) - 3}{x^2} = \frac{x^3 + 3x}{x^2} = x + \frac{3}{x}

Integrala se separă în două integrale:

I=1e(x+3x)lnxdx=1exlnxdx+31elnxxdxI = \int_1^e \left(x + \frac{3}{x}\right) \ln x\,dx = \int_1^e x \ln x\,dx + 3 \int_1^e \frac{\ln x}{x}\,dx

Calculăm prima integrală prin metoda integrării prin părți: Fie u=lnx    u=1xu = \ln x \implies u' = \frac{1}{x} și v=x    v=x22v' = x \implies v = \frac{x^2}{2}.

1exlnxdx=[x22lnx]1e1ex221xdx=(e22lne0)121exdx=e2212[x22]1e=e22e214=e2+14\int_1^e x \ln x\,dx = \left[ \frac{x^2}{2} \ln x \right]_1^e - \int_1^e \frac{x^2}{2} \cdot \frac{1}{x}\,dx = \left(\frac{e^2}{2} \ln e - 0\right) - \frac{1}{2} \int_1^e x\,dx = \frac{e^2}{2} - \frac{1}{2} \left[ \frac{x^2}{2} \right]_1^e = \frac{e^2}{2} - \frac{e^2 - 1}{4} = \frac{e^2 + 1}{4}

Calculăm a doua integrală observând că (lnx)=1x(\ln x)' = \frac{1}{x}:

31elnxxdx=31elnx(lnx)dx=3[ln2x2]1e=3(ln2e2ln212)=312=32=643 \int_1^e \frac{\ln x}{x}\,dx = 3 \int_1^e \ln x \cdot (\ln x)'\,dx = 3 \left[ \frac{\ln^2 x}{2} \right]_1^e = 3 \left(\frac{\ln^2 e}{2} - \frac{\ln^2 1}{2}\right) = 3 \cdot \frac{1}{2} = \frac{3}{2} = \frac{6}{4}

Adunăm cele două rezultate:

I=e2+14+64=e2+74I = \frac{e^2 + 1}{4} + \frac{6}{4} = \frac{e^2 + 7}{4}

(3 puncte)

Egalăm rezultatul calculat cu expresia din ipoteză:

e2+74=e2+m4    e2+7=e2+m    m=7\frac{e^2 + 7}{4} = \frac{e^2 + m}{4} \implies e^2 + 7 = e^2 + m \implies m = 7

Așadar, numărul căutat este m=7m = 7.

(2 puncte)