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. Numere Complexe (5p)
Arătați că:
i ( 6 − i ) + 3 ( 3 − 2 i ) = 10 i(6 - i) + 3(3 - 2i) = 10 i ( 6 − i ) + 3 ( 3 − 2 i ) = 10
unde i 2 = − 1 i^2 = -1 i 2 = − 1 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Efectuarea înmulțirilor
i ( 6 − i ) + 3 ( 3 − 2 i ) = 6 i − i 2 + 9 − 6 i i(6 - i) + 3(3 - 2i) = 6i - i^2 + 9 - 6i i ( 6 − i ) + 3 ( 3 − 2 i ) = 6 i − i 2 + 9 − 6 i
(3 puncte)
Folosirea relației i 2 = − 1 i^2 = -1 i 2 = − 1 și finalizarea calculului
Termenii imaginari se reduc: 6 i − 6 i = 0 6i - 6i = 0 6 i − 6 i = 0 , iar − i 2 = − ( − 1 ) = 1 -i^2 = -(-1) = 1 − i 2 = − ( − 1 ) = 1 :
1 + 9 = 10 1 + 9 = 10 1 + 9 = 10
(2 puncte)
2. Puncte de Intersecție cu Axa O x Ox O x (5p)
Se consideră funcția f : R → R f: \mathbb{R} \to \mathbb{R} f : R → R , f ( x ) = x 2 − 4 x f(x) = x^2 - 4x f ( x ) = x 2 − 4 x . Determinați abscisele punctelor de intersecție ale graficului funcției f f f cu axa O x Ox O x .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Ecuația de intersecție cu axa O x Ox O x
Punctele de intersecție cu axa O x Ox O x au ordonata y = 0 y = 0 y = 0 , deci f ( x ) = 0 f(x) = 0 f ( x ) = 0 :
x 2 − 4 x = 0 x^2 - 4x = 0 x 2 − 4 x = 0
(3 puncte)
Aflarea absciselor
Dând factor comun pe x x x :
x ( x − 4 ) = 0 ⟹ x 1 = 0 și x 2 = 4 x(x - 4) = 0 \implies x_1 = 0 \quad \text{și} \quad x_2 = 4 x ( x − 4 ) = 0 ⟹ x 1 = 0 ș i x 2 = 4
Abscisele căutate sunt 0 0 0 și 4 4 4 .
(2 puncte)
3. Ecuație Exponențială (5p)
Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația:
7 3 x − 2 = 7 − x ⋅ 49 7^{3x - 2} = 7^{-x} \cdot 49 7 3 x − 2 = 7 − x ⋅ 49
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea termenilor ca puteri cu aceeași bază
Scriem 49 = 7 2 49 = 7^2 49 = 7 2 :
7 3 x − 2 = 7 − x ⋅ 7 2 ⟺ 7 3 x − 2 = 7 − x + 2 7^{3x - 2} = 7^{-x} \cdot 7^2 \iff 7^{3x - 2} = 7^{-x + 2} 7 3 x − 2 = 7 − x ⋅ 7 2 ⟺ 7 3 x − 2 = 7 − x + 2
(3 puncte)
Egalarea exponenților și rezolvarea ecuației
Deoarece funcția exponențială de bază 7 7 7 este injectivă, egalăm exponenții:
3 x − 2 = − x + 2 ⟺ 4 x = 4 ⟺ x = 1 3x - 2 = -x + 2 \iff 4x = 4 \iff x = 1 3 x − 2 = − x + 2 ⟺ 4 x = 4 ⟺ x = 1
(2 puncte)
4. Numere Impare de Două Cifre Distincte (5p)
Determinați câte numere naturale impare, de două cifre distincte, se pot forma cu cifre din mulțimea A = { 2 , 3 , 4 , 5 , 8 , 9 } A = \{2, 3, 4, 5, 8, 9\} A = { 2 , 3 , 4 , 5 , 8 , 9 } .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Alegerea cifrei unităților
Pentru ca numărul să fie impar, cifra unităților trebuie să fie impară. Din mulțimea A A A , cifrele impare sunt { 3 , 5 , 9 } \{3, 5, 9\} { 3 , 5 , 9 } , deci sunt 3 3 3 moduri de alegere a cifrei unităților:
3 moduri 3 \text{ moduri} 3 moduri
(2 puncte)
Alegerea cifrei zecilor și calculul totalului
Cifra zecilor poate fi oricare dintre celelalte 5 5 5 cifre rămase din A A A (deoarece cifrele trebuie să fie distincte).
Numărul total este:
3 ⋅ 5 = 15 numere 3 \cdot 5 = 15 \text{ numere} 3 ⋅ 5 = 15 numere
(3 puncte)
5. Geometrie Analitică (5p)
În reperul cartezian x O y xOy x O y se consideră punctele A ( 5 , 2 ) A(5,2) A ( 5 , 2 ) , B ( 7 , 4 ) B(7,4) B ( 7 , 4 ) și C C C , astfel încât A A A este mijlocul segmentului B C BC B C . Determinați lungimea segmentului O C OC O C .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Determinarea coordonatelor punctului C C C
Deoarece A A A este mijlocul segmentului B C BC B C :
x A = x B + x C 2 ⟺ 5 = 7 + x C 2 ⟹ 7 + x C = 10 ⟹ x C = 3 x_A = \frac{x_B + x_C}{2} \iff 5 = \frac{7 + x_C}{2} \implies 7 + x_C = 10 \implies x_C = 3 x A = 2 x B + x C ⟺ 5 = 2 7 + x C ⟹ 7 + x C = 10 ⟹ x C = 3
y A = y B + y C 2 ⟺ 2 = 4 + y C 2 ⟹ 4 + y C = 4 ⟹ y C = 0 y_A = \frac{y_B + y_C}{2} \iff 2 = \frac{4 + y_C}{2} \implies 4 + y_C = 4 \implies y_C = 0 y A = 2 y B + y C ⟺ 2 = 2 4 + y C ⟹ 4 + y C = 4 ⟹ y C = 0
Punctul este C ( 3 , 0 ) C(3,0) C ( 3 , 0 ) .
(2 puncte)
Calculul lungimii segmentului O C OC O C
O C = ( 3 − 0 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 9 = 3 OC = \sqrt{(3 - 0)^2 + (0 - 0)^2} = \sqrt{9} = 3 O C = ( 3 − 0 ) 2 + ( 0 − 0 ) 2 = 9 = 3
(3 puncte)
6. Trigonometrie (5p)
Se consideră triunghiul A B C ABC A B C , dreptunghic în A A A , cu A B = 2 AB = 2 A B = 2 și B C = 4 BC = 4 B C = 4 . Arătați că A D = 3 AD = \sqrt{3} A D = 3 , unde A D AD A D este înălțime a triunghiului A B C ABC A B C .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul lungimii catetei A C AC A C
Aplicând teorema lui Pitagora în triunghiul dreptunghic A B C ABC A B C :
A C = B C 2 − A B 2 = 4 2 − 2 2 = 16 − 4 = 12 = 2 3 AC = \sqrt{BC^2 - AB^2} = \sqrt{4^2 - 2^2} = \sqrt{16 - 4} = \sqrt{12} = 2\sqrt{3} A C = B C 2 − A B 2 = 4 2 − 2 2 = 16 − 4 = 12 = 2 3
(3 puncte)
Calculul înălțimii A D AD A D
Formula înălțimii corespunzătoare ipotenuzei este A D = A B ⋅ A C B C AD = \frac{AB \cdot AC}{BC} A D = B C A B ⋅ A C :
A D = 2 ⋅ 2 3 4 = 4 3 4 = 3 AD = \frac{2 \cdot 2\sqrt{3}}{4} = \frac{4\sqrt{3}}{4} = \sqrt{3} A D = 4 2 ⋅ 2 3 = 4 4 3 = 3
(2 puncte)
SUBIECTUL al II-lea (30 de puncte)
1. Matrice și Determinanți
Se consideră matricele:
I 2 = ( 1 0 0 1 ) și A ( x ) = ( 2 x − 1 x − 3 x − 4 x + 4 ) I_2 = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \quad \text{și} \quad A(x) = \begin{pmatrix} 2x - 1 & x - 3 \\ x - 4 & x + 4 \end{pmatrix} I 2 = ( 1 0 0 1 ) ș i A ( x ) = ( 2 x − 1 x − 4 x − 3 x + 4 )
unde x x x este număr real.
a) Calcul determinant (5p)
Arătați că det ( A ( 2 ) ) = 18 \det(A(2)) = 18 det ( A ( 2 )) = 18 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Construirea matricei A ( 2 ) A(2) A ( 2 )
Pentru x = 2 x = 2 x = 2 :
A ( 2 ) = ( 0 − 3 6 6 ) A(2) = \begin{pmatrix} 0 & -3 \\ 6 & 6 \end{pmatrix} A ( 2 ) = ( 0 6 − 3 6 )
(3 puncte)
Calculul determinantului
det ( A ( 2 ) ) = 0 ⋅ 6 − ( − 3 ) ⋅ 6 = 0 + 18 = 18 \det(A(2)) = 0 \cdot 6 - (-3) \cdot 6 = 0 + 18 = 18 det ( A ( 2 )) = 0 ⋅ 6 − ( − 3 ) ⋅ 6 = 0 + 18 = 18
(2 puncte)
b) Inversa matricei (5p)
Se consideră matricea:
B = ( 5 2 − 3 − 1 ) B =
\begin{pmatrix} 5 & 2 \\ -3 & -1 \end{pmatrix} B = ( 5 − 3 2 − 1 )
Arătați că matricea B B B este inversa matricei A ( 1 ) A(1) A ( 1 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea matricelor A ( 1 ) A(1) A ( 1 ) și B B B
A ( 1 ) = ( − 1 − 2 3 5 ) , B = ( 5 2 − 3 − 1 ) A(1) =
\begin{pmatrix} -1 & -2 \\ 3 & 5 \end{pmatrix}, \quad B =
\begin{pmatrix} 5 & 2 \\ -3 & -1 \end{pmatrix} A ( 1 ) = ( − 1 3 − 2 5 ) , B = ( 5 − 3 2 − 1 )
(2 puncte)
Verificarea relațiilor A ( 1 ) ⋅ B = I 2 A(1) \cdot B = I_2 A ( 1 ) ⋅ B = I 2 și B ⋅ A ( 1 ) = I 2 B \cdot A(1) = I_2 B ⋅ A ( 1 ) = I 2
A ( 1 ) ⋅ B = ( ( − 1 ) ( 5 ) + ( − 2 ) ( − 3 ) ( − 1 ) ( 2 ) + ( − 2 ) ( − 1 ) 3 ( 5 ) + 5 ( − 3 ) 3 ( 2 ) + 5 ( − 1 ) ) = ( 1 0 0 1 ) = I 2 A(1) \cdot B =
\begin{pmatrix} (-1)(5) + (-2)(-3) & (-1)(2) + (-2)(-1) \\ 3(5) + 5(-3) & 3(2) + 5(-1) \end{pmatrix}
=
\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}
= I_2 A ( 1 ) ⋅ B = ( ( − 1 ) ( 5 ) + ( − 2 ) ( − 3 ) 3 ( 5 ) + 5 ( − 3 ) ( − 1 ) ( 2 ) + ( − 2 ) ( − 1 ) 3 ( 2 ) + 5 ( − 1 ) ) = ( 1 0 0 1 ) = I 2
Așadar, B = ( A ( 1 ) ) − 1 B = (A(1))^{-1} B = ( A ( 1 ) ) − 1 .
(3 puncte)
c) Ecuație matriceală (5p)
Determinați matricea X ∈ M 2 ( R ) X \in \mathcal{M}_2(\mathbb{R}) X ∈ M 2 ( R ) pentru care:
X ⋅ A ( 1 ) = A ( 3 ) X \cdot A(1) = A(3) X ⋅ A ( 1 ) = A ( 3 )
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Izolarea matricei X X X prin înmulțire la dreapta cu ( A ( 1 ) ) − 1 (A(1))^{-1} ( A ( 1 ) ) − 1
Deoarece A ( 1 ) A(1) A ( 1 ) este inversabilă cu inversa B B B :
X = A ( 3 ) ⋅ ( A ( 1 ) ) − 1 = A ( 3 ) ⋅ B X = A(3) \cdot (A(1))^{-1} = A(3) \cdot B X = A ( 3 ) ⋅ ( A ( 1 ) ) − 1 = A ( 3 ) ⋅ B
unde:
A ( 3 ) = ( − 6 5 15 9 ) A(3) =
\begin{pmatrix} -6 & 5 \\ 15 & 9 \end{pmatrix} A ( 3 ) = ( − 6 15 5 9 )
(2 puncte)
Efectuarea produsului de matrice
X = ( − 11 − 4 28 9 ) X =
\begin{pmatrix} -11 & -4 \\ 28 & 9 \end{pmatrix} X = ( − 11 28 − 4 9 )
(3 puncte)
2. Polinoame
Se consideră polinomul f = X 3 + 2 X 2 + m X + 4 f = X^3 + 2X^2 + mX + 4 f = X 3 + 2 X 2 + m X + 4 , unde m m m este număr real.
a) Verificare valoare pentru m = 2 m = 2 m = 2 (5p)
Pentru m = 2 m = 2 m = 2 , arătați că f ( − 2 ) = 0 f(-2) = 0 f ( − 2 ) = 0 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Forma polinomului și înlocuirea lui X X X cu − 2 -2 − 2
Pentru m = 2 m = 2 m = 2 , f = X 3 + 2 X 2 + 2 X + 4 f = X^3 + 2X^2 + 2X + 4 f = X 3 + 2 X 2 + 2 X + 4 :
f ( − 2 ) = ( − 2 ) 3 + 2 ( − 2 ) 2 + 2 ( − 2 ) + 4 f(-2) = (-2)^3 + 2(-2)^2 + 2(-2) + 4 f ( − 2 ) = ( − 2 ) 3 + 2 ( − 2 ) 2 + 2 ( − 2 ) + 4
(3 puncte)
Calculul numeric
f ( − 2 ) = − 8 + 8 − 4 + 4 = 0 f(-2) = -8 + 8 - 4 + 4 = 0 f ( − 2 ) = − 8 + 8 − 4 + 4 = 0
(2 puncte)
b) Restul împărțirii pentru m = 1 m = 1 m = 1 (5p)
Pentru m = 1 m = 1 m = 1 , determinați restul împărțirii polinomului f f f la polinomul g = X + 1 g = X + 1 g = X + 1 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Aplicarea teoremei restului
Restul împărțirii lui f f f la X + 1 X + 1 X + 1 este R = f ( − 1 ) R = f(-1) R = f ( − 1 ) . Pentru m = 1 m = 1 m = 1 :
f ( − 1 ) = ( − 1 ) 3 + 2 ( − 1 ) 2 + 1 ( − 1 ) + 4 f(-1) = (-1)^3 + 2(-1)^2 + 1(-1) + 4 f ( − 1 ) = ( − 1 ) 3 + 2 ( − 1 ) 2 + 1 ( − 1 ) + 4
(3 puncte)
Finalizarea calculului
R = − 1 + 2 − 1 + 4 = 4 R = -1 + 2 - 1 + 4 = 4 R = − 1 + 2 − 1 + 4 = 4
(2 puncte)
c) Rădăcinile polinomului (5p)
Determinați rădăcinile polinomului f f f , știind că produsul a două dintre acestea este egal cu 1 1 1 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Aflarea celei de-a treia rădăcini prin relațiile lui Viète
Fie x 1 x 2 = 1 x_1x_2 = 1 x 1 x 2 = 1 . Din relația lui Viète pentru produsul rădăcinilor:
x 1 x 2 x 3 = − 4 ⟹ 1 ⋅ x 3 = − 4 ⟹ x 3 = − 4 x_1x_2x_3 = -4 \implies 1 \cdot x_3 = -4 \implies x_3 = -4 x 1 x 2 x 3 = − 4 ⟹ 1 ⋅ x 3 = − 4 ⟹ x 3 = − 4
(2 puncte)
Determinarea celorlalte două rădăcini
Din suma rădăcinilor:
x 1 + x 2 + x 3 = − 2 ⟹ x 1 + x 2 − 4 = − 2 ⟹ x 1 + x 2 = 2 x_1 + x_2 + x_3 = -2 \implies x_1 + x_2 - 4 = -2 \implies x_1 + x_2 = 2 x 1 + x 2 + x 3 = − 2 ⟹ x 1 + x 2 − 4 = − 2 ⟹ x 1 + x 2 = 2
Având x 1 + x 2 = 2 x_1 + x_2 = 2 x 1 + x 2 = 2 și x 1 x 2 = 1 x_1x_2 = 1 x 1 x 2 = 1 , x 1 x_1 x 1 și x 2 x_2 x 2 sunt soluțiile ecuației t 2 − 2 t + 1 = 0 ⟺ ( t − 1 ) 2 = 0 t^2 - 2t + 1 = 0 \iff (t - 1)^2 = 0 t 2 − 2 t + 1 = 0 ⟺ ( t − 1 ) 2 = 0 :
x 1 = 1 , x 2 = 1 x_1 = 1, \quad x_2 = 1 x 1 = 1 , x 2 = 1
Rădăcinile polinomului sunt x 1 = 1 , x 2 = 1 , x 3 = − 4 x_1 = 1, x_2 = 1, x_3 = -4 x 1 = 1 , x 2 = 1 , x 3 = − 4 .
(3 puncte)
SUBIECTUL al III-lea (30 de puncte)
1. Analiză Matematică - Calcul Diferențial
Se consideră funcția f : ( − 1 , + ∞ ) → R f: (-1,+\infty) \to \mathbb{R} f : ( − 1 , + ∞ ) → R , f ( x ) = x 2 + 3 x + 1 x + 1 f(x) = \frac{x^2 + 3x + 1}{x + 1} f ( x ) = x + 1 x 2 + 3 x + 1 .
a) Calculul derivatei (5p)
Arătați că f ′ ( x ) = x 2 + 2 x + 2 ( x + 1 ) 2 f'(x) = \frac{x^2 + 2x + 2}{(x + 1)^2} f ′ ( x ) = ( x + 1 ) 2 x 2 + 2 x + 2 , pentru orice x ∈ ( − 1 , + ∞ ) x \in (-1,+\infty) x ∈ ( − 1 , + ∞ ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Derivarea raportului
f ′ ( x ) = ( x 2 + 3 x + 1 ) ′ ( x + 1 ) − ( x 2 + 3 x + 1 ) ( x + 1 ) ′ ( x + 1 ) 2 = ( 2 x + 3 ) ( x + 1 ) − ( x 2 + 3 x + 1 ) ⋅ 1 ( x + 1 ) 2 f'(x) = \frac{(x^2 + 3x + 1)'(x + 1) - (x^2 + 3x + 1)(x + 1)'}{(x + 1)^2} = \frac{(2x + 3)(x + 1) - (x^2 + 3x + 1) \cdot 1}{(x + 1)^2} f ′ ( x ) = ( x + 1 ) 2 ( x 2 + 3 x + 1 ) ′ ( x + 1 ) − ( x 2 + 3 x + 1 ) ( x + 1 ) ′ = ( x + 1 ) 2 ( 2 x + 3 ) ( x + 1 ) − ( x 2 + 3 x + 1 ) ⋅ 1
(3 puncte)
Reducerea termenilor asemenea
f ′ ( x ) = 2 x 2 + 5 x + 3 − x 2 − 3 x − 1 ( x + 1 ) 2 = x 2 + 2 x + 2 ( x + 1 ) 2 f'(x) = \frac{2x^2 + 5x + 3 - x^2 - 3x - 1}{(x + 1)^2} = \frac{x^2 + 2x + 2}{(x + 1)^2} f ′ ( x ) = ( x + 1 ) 2 2 x 2 + 5 x + 3 − x 2 − 3 x − 1 = ( x + 1 ) 2 x 2 + 2 x + 2
pentru orice x ∈ ( − 1 , + ∞ ) x \in (-1,+\infty) x ∈ ( − 1 , + ∞ ) .
(2 puncte)
b) Ecuația tangentei în punctul de abscisă x = 0 x = 0 x = 0 (5p)
Determinați ecuația tangentei la graficul funcției f f f în punctul de abscisă x = 0 x = 0 x = 0 , situat pe graficul funcției f f f .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul valorilor f ( 0 ) f(0) f ( 0 ) și f ′ ( 0 ) f'(0) f ′ ( 0 )
f ( 0 ) = 0 + 0 + 1 0 + 1 = 1 f(0) = \frac{0 + 0 + 1}{0 + 1} = 1 f ( 0 ) = 0 + 1 0 + 0 + 1 = 1
f ′ ( 0 ) = 0 + 0 + 2 ( 0 + 1 ) 2 = 2 f'(0) = \frac{0 + 0 + 2}{(0 + 1)^2} = 2 f ′ ( 0 ) = ( 0 + 1 ) 2 0 + 0 + 2 = 2
(2 puncte)
Scrierea ecuației tangentei
Formula tangentei este y − f ( 0 ) = f ′ ( 0 ) ( x − 0 ) y - f(0) = f'(0)(x - 0) y − f ( 0 ) = f ′ ( 0 ) ( x − 0 ) :
y − 1 = 2 ( x − 0 ) ⟺ y = 2 x + 1 y - 1 = 2(x - 0) \iff y = 2x + 1 y − 1 = 2 ( x − 0 ) ⟺ y = 2 x + 1
(3 puncte)
c) Concavitatea funcției (5p)
Demonstrați că funcția f f f este concavă.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul derivatei de ordinul al doilea
Rescriem f ′ ( x ) = ( x + 1 ) 2 + 1 ( x + 1 ) 2 = 1 + ( x + 1 ) − 2 f'(x) = \frac{(x + 1)^2 + 1}{(x + 1)^2} = 1 + (x + 1)^{-2} f ′ ( x ) = ( x + 1 ) 2 ( x + 1 ) 2 + 1 = 1 + ( x + 1 ) − 2 , deci:
f ′ ′ ( x ) = − 2 ( x + 1 ) 3 f''(x) = -\frac{2}{(x + 1)^3} f ′′ ( x ) = − ( x + 1 ) 3 2
(3 puncte)
Studiul semnului derivatei a doua
Pentru orice x ∈ ( − 1 , + ∞ ) x \in (-1,+\infty) x ∈ ( − 1 , + ∞ ) , avem x + 1 > 0 x + 1 > 0 x + 1 > 0 , deci ( x + 1 ) 3 > 0 (x + 1)^3 > 0 ( x + 1 ) 3 > 0 :
f ′ ′ ( x ) = − 2 ( x + 1 ) 3 < 0 f''(x) = -\frac{2}{(x + 1)^3} < 0 f ′′ ( x ) = − ( x + 1 ) 3 2 < 0
Rezultă că funcția f f f este concavă pe intervalul ( − 1 , + ∞ ) (-1,+\infty) ( − 1 , + ∞ ) .
(2 puncte)
2. Analiză Matematică - Calcul Integral
Se consideră funcția f : R → R f: \mathbb{R} \to \mathbb{R} f : R → R , f ( x ) = 3 x 2 + 4 + e x f(x) = 3x^2 + 4 + e^x f ( x ) = 3 x 2 + 4 + e x .
a) Calcul integrală simplă (5p)
Arătați că:
∫ 0 1 ( f ( x ) − 3 x 2 ) d x = e + 3 \int_0^1 (f(x) - 3x^2) \, dx = e + 3 ∫ 0 1 ( f ( x ) − 3 x 2 ) d x = e + 3
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Simplificarea integrandului
f ( x ) − 3 x 2 = 4 + e x ⟹ ∫ 0 1 ( 4 + e x ) d x = [ 4 x + e x ] 0 1 f(x) - 3x^2 = 4 + e^x \implies \int_0^1 (4 + e^x) \, dx = \left[ 4x + e^x \right]_0^1 f ( x ) − 3 x 2 = 4 + e x ⟹ ∫ 0 1 ( 4 + e x ) d x = [ 4 x + e x ] 0 1
(3 puncte)
Evaluarea numerică
( 4 ⋅ 1 + e 1 ) − ( 4 ⋅ 0 + e 0 ) = 4 + e − 1 = e + 3 (4 \cdot 1 + e^1) - (4 \cdot 0 + e^0) = 4 + e - 1 = e + 3 ( 4 ⋅ 1 + e 1 ) − ( 4 ⋅ 0 + e 0 ) = 4 + e − 1 = e + 3
(2 puncte)
b) Calcul integrală logaritmică (5p)
Arătați că:
∫ 0 2 x f ( x ) − e x d x = ln 2 3 \int_0^2 \frac{x}{f(x) - e^x} \, dx = \frac{\ln 2}{3} ∫ 0 2 f ( x ) − e x x d x = 3 ln 2
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Determinarea primitivei prin recunoașterea formei u ′ u \frac{u'}{u} u u ′
Numitorul este f ( x ) − e x = 3 x 2 + 4 f(x) - e^x = 3x^2 + 4 f ( x ) − e x = 3 x 2 + 4 , a cărui derivată este ( 3 x 2 + 4 ) ′ = 6 x (3x^2 + 4)' = 6x ( 3 x 2 + 4 ) ′ = 6 x :
∫ 0 2 x 3 x 2 + 4 d x = 1 6 ∫ 0 2 ( 3 x 2 + 4 ) ′ 3 x 2 + 4 d x = 1 6 [ ln ( 3 x 2 + 4 ) ] 0 2 \int_0^2 \frac{x}{3x^2 + 4} \, dx = \frac{1}{6} \int_0^2 \frac{(3x^2 + 4)'}{3x^2 + 4} \, dx = \frac{1}{6} \left[ \ln(3x^2 + 4) \right]_0^2 ∫ 0 2 3 x 2 + 4 x d x = 6 1 ∫ 0 2 3 x 2 + 4 ( 3 x 2 + 4 ) ′ d x = 6 1 [ ln ( 3 x 2 + 4 ) ] 0 2
(3 puncte)
Calculul numeric
1 6 ( ln ( 3 ⋅ 4 + 4 ) − ln ( 3 ⋅ 0 + 4 ) ) = 1 6 ( ln 16 − ln 4 ) = 1 6 ln 16 4 = ln 4 6 = 2 ln 2 6 = ln 2 3 \frac{1}{6} (\ln(3 \cdot 4 + 4) - \ln(3 \cdot 0 + 4)) = \frac{1}{6} (\ln 16 - \ln 4) = \frac{1}{6} \ln \frac{16}{4} = \frac{\ln 4}{6} = \frac{2\ln 2}{6} = \frac{\ln 2}{3} 6 1 ( ln ( 3 ⋅ 4 + 4 ) − ln ( 3 ⋅ 0 + 4 )) = 6 1 ( ln 16 − ln 4 ) = 6 1 ln 4 16 = 6 ln 4 = 6 2 ln 2 = 3 ln 2
(2 puncte)
c) Determinarea valorii G ( 1 ) G(1) G ( 1 ) (5p)
Se consideră G : R → R G: \mathbb{R} \to \mathbb{R} G : R → R , o primitivă a funcției g : R → R g: \mathbb{R} \to \mathbb{R} g : R → R , g ( x ) = f ( x 2 ) − 3 x 4 g(x) = f(x^2) - 3x^4 g ( x ) = f ( x 2 ) − 3 x 4 . Știind că ∫ 0 1 G ( x ) d x = 1 − e 2 \int_0^1 G(x) \, dx = \frac{1 - e}{2} ∫ 0 1 G ( x ) d x = 2 1 − e , arătați că G ( 1 ) = 2 G(1) = 2 G ( 1 ) = 2 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Exprimarea funcției g ( x ) g(x) g ( x ) și integrarea prin părți
Deoarece f ( t ) = 3 t 2 + 4 + e t f(t) = 3t^2 + 4 + e^t f ( t ) = 3 t 2 + 4 + e t , pentru t = x 2 t = x^2 t = x 2 avem f ( x 2 ) = 3 x 4 + 4 + e x 2 f(x^2) = 3x^4 + 4 + e^{x^2} f ( x 2 ) = 3 x 4 + 4 + e x 2 .
Rezultă că g ( x ) = f ( x 2 ) − 3 x 4 = 4 + e x 2 g(x) = f(x^2) - 3x^4 = 4 + e^{x^2} g ( x ) = f ( x 2 ) − 3 x 4 = 4 + e x 2 .
Folosind integrarea prin părți pentru primitiva G ( x ) G(x) G ( x ) :
∫ 0 1 G ( x ) d x = ∫ 0 1 x ′ G ( x ) d x = [ x G ( x ) ] 0 1 − ∫ 0 1 x G ′ ( x ) d x = G ( 1 ) − ∫ 0 1 ( 4 x + x e x 2 ) d x \int_0^1 G(x) \, dx = \int_0^1 x' G(x) \, dx = \left[ xG(x) \right]_0^1 - \int_0^1 xG'(x) \, dx = G(1) - \int_0^1 (4x + xe^{x^2}) \, dx ∫ 0 1 G ( x ) d x = ∫ 0 1 x ′ G ( x ) d x = [ x G ( x ) ] 0 1 − ∫ 0 1 x G ′ ( x ) d x = G ( 1 ) − ∫ 0 1 ( 4 x + x e x 2 ) d x
(3 puncte)
Calculul integralei și determinarea lui G ( 1 ) G(1) G ( 1 )
Calculăm integrala:
∫ 0 1 ( 4 x + x e x 2 ) d x = [ 2 x 2 + 1 2 e x 2 ] 0 1 = ( 2 + e 2 ) − ( 0 + 1 2 ) = e + 3 2 \int_0^1 (4x + xe^{x^2}) \, dx = \left[ 2x^2 + \frac{1}{2} e^{x^2} \right]_0^1 = \left( 2 + \frac{e}{2} \right) - \left( 0 + \frac{1}{2} \right) = \frac{e + 3}{2} ∫ 0 1 ( 4 x + x e x 2 ) d x = [ 2 x 2 + 2 1 e x 2 ] 0 1 = ( 2 + 2 e ) − ( 0 + 2 1 ) = 2 e + 3
Înlocuind în relația obținută:
G ( 1 ) − e + 3 2 = 1 − e 2 ⟹ G ( 1 ) = 1 − e 2 + e + 3 2 = 4 2 = 2 G(1) - \frac{e + 3}{2} = \frac{1 - e}{2} \implies G(1) = \frac{1 - e}{2} + \frac{e + 3}{2} = \frac{4}{2} = 2 G ( 1 ) − 2 e + 3 = 2 1 − e ⟹ G ( 1 ) = 2 1 − e + 2 e + 3 = 2 4 = 2
(2 puncte)