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. Calcul Aritmetic cu Fracții (5p)
Arătați că:
( 3 + 3 5 ) : 4 + 1 10 = 1 \left(3 + \frac{3}{5}\right) : 4 + \frac{1}{10} = 1 ( 3 + 5 3 ) : 4 + 10 1 = 1
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Efectuarea operațiilor din paranteză și a împărțirii
Calculăm suma din paranteză și efectuăm împărțirea:
( 3 + 3 5 ) : 4 + 1 10 = 18 5 : 4 + 1 10 = 18 5 ⋅ 1 4 + 1 10 = 18 20 + 1 10 \left(3 + \frac{3}{5}\right) : 4 + \frac{1}{10} = \frac{18}{5} : 4 + \frac{1}{10} = \frac{18}{5} \cdot \frac{1}{4} + \frac{1}{10} = \frac{18}{20} + \frac{1}{10} ( 3 + 5 3 ) : 4 + 10 1 = 5 18 : 4 + 10 1 = 5 18 ⋅ 4 1 + 10 1 = 20 18 + 10 1
(3 puncte)
Finalizarea calculului
9 10 + 1 10 = 1 \frac{9}{10} + \frac{1}{10} = 1 10 9 + 10 1 = 1
(2 puncte)
2. Compunere de Funcții Liniare (5p)
Se consideră funcția f : R → R f: \mathbb{R} \to \mathbb{R} f : R → R , f ( x ) = 3 x + 6 f(x) = 3x + 6 f ( x ) = 3 x + 6 . Determinați numărul real a a a pentru care f ( 1 ) + f ( a ) = 2 f ( 0 ) f(1) + f(a) = 2f(0) f ( 1 ) + f ( a ) = 2 f ( 0 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul valorilor funcției
f ( 0 ) = 6 , f ( 1 ) = 3 ⋅ 1 + 6 = 9 , f ( a ) = 3 a + 6 f(0) = 6, \quad f(1) = 3 \cdot 1 + 6 = 9, \quad f(a) = 3a + 6 f ( 0 ) = 6 , f ( 1 ) = 3 ⋅ 1 + 6 = 9 , f ( a ) = 3 a + 6
pentru orice număr real a a a .
(3 puncte)
Rezolvarea ecuației
Ecuația f ( 1 ) + f ( a ) = 2 f ( 0 ) f(1) + f(a) = 2f(0) f ( 1 ) + f ( a ) = 2 f ( 0 ) devine:
9 + 3 a + 6 = 2 ⋅ 6 ⟺ 3 a + 15 = 12 ⟺ 3 a = − 3 ⟹ a = − 1 9 + 3a + 6 = 2 \cdot 6 \iff 3a + 15 = 12 \iff 3a = -3 \implies a = -1 9 + 3 a + 6 = 2 ⋅ 6 ⟺ 3 a + 15 = 12 ⟺ 3 a = − 3 ⟹ a = − 1
(2 puncte)
3. Ecuație Iradicală (5p)
Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația:
4 x − x 2 = 3 x \sqrt{4x - x^2} = \sqrt{3x} 4 x − x 2 = 3 x
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Egalarea expresiilor de sub radicali
Ridicăm ambii membri la pătrat:
4 x − x 2 = 3 x ⟹ x 2 − x = 0 4x - x^2 = 3x \implies x^2 - x = 0 4 x − x 2 = 3 x ⟹ x 2 − x = 0
(2 puncte)
Rezolvarea ecuației
Factorizăm:
x ( x − 1 ) = 0 ⟹ x = 0 sau x = 1 x(x - 1) = 0 \implies x = 0 \quad \text{sau} \quad x = 1 x ( x − 1 ) = 0 ⟹ x = 0 sau x = 1
Ambele soluții convin (verificare: pentru x = 0 x = 0 x = 0 : 0 = 0 0 = 0 0 = 0 ✓; pentru x = 1 x = 1 x = 1 : 3 = 3 \sqrt{3} = \sqrt{3} 3 = 3 ✓).
(3 puncte)
4. Probabilități – Pătrate Perfecte (5p)
Se consideră mulțimea A = { 0 , 1 , 2 , … , 26 } A = \{0, 1, 2, \ldots, 26\} A = { 0 , 1 , 2 , … , 26 } . Determinați probabilitatea ca, alegând un număr din mulțimea A A A , acesta să fie pătratul unui număr natural.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Determinarea cazurilor posibile
Mulțimea A A A are 27 27 27 de elemente, deci sunt 27 27 27 de cazuri posibile.
(2 puncte)
Determinarea cazurilor favorabile și a probabilității
În mulțimea A A A sunt 6 6 6 numere care sunt pătrate ale unor numere naturale: 0 , 1 , 4 , 9 , 16 , 25 0, 1, 4, 9, 16, 25 0 , 1 , 4 , 9 , 16 , 25 , deci sunt 6 6 6 cazuri favorabile.
p = 6 27 = 2 9 p = \frac{6}{27} = \frac{2}{9} p = 27 6 = 9 2
(3 puncte)
5. Geometrie Analitică – Triunghi Dreptunghic Isoscel (5p)
În reperul cartezian x O y xOy x O y se consideră punctele A ( 0 , 4 ) A(0, 4) A ( 0 , 4 ) , B ( 3 , 0 ) B(3, 0) B ( 3 , 0 ) și C ( 4 , 7 ) C(4, 7) C ( 4 , 7 ) . Arătați că triunghiul A B C ABC A B C este dreptunghic isoscel.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul lungimilor laturilor
A B = ( 3 − 0 ) 2 + ( 0 − 4 ) 2 = 9 + 16 = 25 = 5 AB = \sqrt{(3 - 0)^2 + (0 - 4)^2} = \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 A B = ( 3 − 0 ) 2 + ( 0 − 4 ) 2 = 9 + 16 = 25 = 5
A C = ( 4 − 0 ) 2 + ( 7 − 4 ) 2 = 16 + 9 = 25 = 5 AC = \sqrt{(4 - 0)^2 + (7 - 4)^2} = \sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5 A C = ( 4 − 0 ) 2 + ( 7 − 4 ) 2 = 16 + 9 = 25 = 5
(2 puncte)
Verificarea proprietăților triunghiului
B C = ( 4 − 3 ) 2 + ( 7 − 0 ) 2 = 1 + 49 = 50 BC = \sqrt{(4 - 3)^2 + (7 - 0)^2} = \sqrt{1 + 49} = \sqrt{50} B C = ( 4 − 3 ) 2 + ( 7 − 0 ) 2 = 1 + 49 = 50
Verificăm dacă triunghiul este dreptunghic:
B C 2 = 50 = 25 + 25 = A B 2 + A C 2 BC^2 = 50 = 25 + 25 = AB^2 + AC^2 B C 2 = 50 = 25 + 25 = A B 2 + A C 2
Relația B C 2 = A B 2 + A C 2 BC^2 = AB^2 + AC^2 B C 2 = A B 2 + A C 2 (reciproca teoremei lui Pitagora) confirmă că triunghiul A B C ABC A B C este dreptunghic (cu ipotenuza B C BC B C ), iar A B = A C = 5 AB = AC = 5 A B = A C = 5 arată că este și isoscel.
(3 puncte)
6. Trigonometrie (5p)
Arătați că:
2 sin 60 ° + 3 sin 30 ° − 3 cos 30 ° = 0 2\sin 60° + \sqrt{3}\sin 30° - 3\cos 30° = 0 2 sin 60° + 3 sin 30° − 3 cos 30° = 0
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Identificarea valorilor tabelare
sin 60 ° = 3 2 , sin 30 ° = 1 2 , cos 30 ° = 3 2 \sin 60° = \frac{\sqrt{3}}{2}, \quad \sin 30° = \frac{1}{2}, \quad \cos 30° = \frac{\sqrt{3}}{2} sin 60° = 2 3 , sin 30° = 2 1 , cos 30° = 2 3
(3 puncte)
Calculul numeric
Înlocuim valorile în expresie:
2 ⋅ 3 2 + 3 ⋅ 1 2 − 3 ⋅ 3 2 = 3 + 3 2 − 3 3 2 = 2 3 + 3 − 3 3 2 = 3 3 − 3 3 2 = 0 2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} + \sqrt{3} \cdot \frac{1}{2} - 3 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \sqrt{3} + \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{3\sqrt{3}}{2} = \frac{2\sqrt{3} + \sqrt{3} - 3\sqrt{3}}{2} = \frac{3\sqrt{3} - 3\sqrt{3}}{2} = 0 2 ⋅ 2 3 + 3 ⋅ 2 1 − 3 ⋅ 2 3 = 3 + 2 3 − 2 3 3 = 2 2 3 + 3 − 3 3 = 2 3 3 − 3 3 = 0
(2 puncte)
SUBIECTUL al II-lea (30 de puncte)
1. Matrice și Determinanți (15p)
Se consideră matricele:
I 2 = ( 1 0 0 1 ) , M ( a ) = ( 2 a a a a − 2 ) I_2 = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad M(a) = \begin{pmatrix} 2a & a \\ a & a - 2 \end{pmatrix} I 2 = ( 1 0 0 1 ) , M ( a ) = ( 2 a a a a − 2 )
unde a a a este număr real.
a) Determinantul matricei M ( 4 ) M(4) M ( 4 ) (5p)
Arătați că det ( M ( 4 ) ) = 0 \det(M(4)) = 0 det ( M ( 4 )) = 0 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea matricei M ( 4 ) M(4) M ( 4 ) și calculul determinantului
Pentru a = 4 a = 4 a = 4 :
M ( 4 ) = ( 8 4 4 2 ) ⟹ det ( M ( 4 ) ) = ∣ 8 4 4 2 ∣ = 8 ⋅ 2 − 4 ⋅ 4 M(4) = \begin{pmatrix} 8 & 4 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} \implies \det(M(4)) = \begin{vmatrix} 8 & 4 \\ 4 & 2 \end{vmatrix} = 8 \cdot 2 - 4 \cdot 4 M ( 4 ) = ( 8 4 4 2 ) ⟹ det ( M ( 4 )) = 8 4 4 2 = 8 ⋅ 2 − 4 ⋅ 4
(3 puncte)
Calculul numeric
det ( M ( 4 ) ) = 16 − 16 = 0 \det(M(4)) = 16 - 16 = 0 det ( M ( 4 )) = 16 − 16 = 0
(2 puncte)
b) Produs matriceal (5p)
Arătați că M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) − M ( 1 ) = 3 I 2 M(1) \cdot M(1) - M(1) = 3I_2 M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) − M ( 1 ) = 3 I 2 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul matricei M ( 1 ) M(1) M ( 1 ) și al produsului M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) M(1) \cdot M(1) M ( 1 ) ⋅ M ( 1 )
M ( 1 ) = ( 2 1 1 − 1 ) M(1) = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{pmatrix} M ( 1 ) = ( 2 1 1 − 1 )
M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) = ( 2 1 1 − 1 ) ( 2 1 1 − 1 ) = ( 4 + 1 2 − 1 2 − 1 1 + 1 ) = ( 5 1 1 2 ) M(1) \cdot M(1) = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 + 1 & 2 - 1 \\ 2 - 1 & 1 + 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 & 1 \\ 1 & 2 \end{pmatrix} M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) = ( 2 1 1 − 1 ) ( 2 1 1 − 1 ) = ( 4 + 1 2 − 1 2 − 1 1 + 1 ) = ( 5 1 1 2 )
(3 puncte)
Calculul diferenței
M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) − M ( 1 ) = ( 5 1 1 2 ) − ( 2 1 1 − 1 ) = ( 3 0 0 3 ) = 3 I 2 M(1) \cdot M(1) - M(1) = \begin{pmatrix} 5 & 1 \\ 1 & 2 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} = 3I_2 M ( 1 ) ⋅ M ( 1 ) − M ( 1 ) = ( 5 1 1 2 ) − ( 2 1 1 − 1 ) = ( 3 0 0 3 ) = 3 I 2
(2 puncte)
c) Număr natural impar (5p)
Demonstrați că numărul N = det ( M ( n ) − 3 ( M ( 1 ) ) − 1 ) N = \det\!\left(M(n) - 3(M(1))^{-1}\right) N = det ( M ( n ) − 3 ( M ( 1 ) ) − 1 ) este natural impar, pentru orice număr natural nenul n n n , unde ( M ( 1 ) ) − 1 (M(1))^{-1} ( M ( 1 ) ) − 1 este inversa matricei M ( 1 ) M(1) M ( 1 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul inversei 3 ( M ( 1 ) ) − 1 3(M(1))^{-1} 3 ( M ( 1 ) ) − 1 și al diferenței
Deoarece det ( M ( 1 ) ) = 2 ⋅ ( − 1 ) − 1 ⋅ 1 = − 3 \det(M(1)) = 2 \cdot (-1) - 1 \cdot 1 = -3 det ( M ( 1 )) = 2 ⋅ ( − 1 ) − 1 ⋅ 1 = − 3 , inversa este:
( M ( 1 ) ) − 1 = 1 − 3 ( − 1 − 1 − 1 2 ) ⟹ 3 ( M ( 1 ) ) − 1 = 3 − 3 ( − 1 − 1 − 1 2 ) = ( 1 1 1 − 2 ) (M(1))^{-1} = \frac{1}{-3}\begin{pmatrix} -1 & -1 \\ -1 & 2 \end{pmatrix} \implies 3(M(1))^{-1} = \frac{3}{-3}\begin{pmatrix} -1 & -1 \\ -1 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & -2 \end{pmatrix} ( M ( 1 ) ) − 1 = − 3 1 ( − 1 − 1 − 1 2 ) ⟹ 3 ( M ( 1 ) ) − 1 = − 3 3 ( − 1 − 1 − 1 2 ) = ( 1 1 1 − 2 )
M ( n ) − 3 ( M ( 1 ) ) − 1 = ( 2 n n n n − 2 ) − ( 1 1 1 − 2 ) = ( 2 n − 1 n − 1 n − 1 n ) M(n) - 3(M(1))^{-1} = \begin{pmatrix} 2n & n \\ n & n - 2 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 1 & -2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2n - 1 & n - 1 \\ n - 1 & n \end{pmatrix} M ( n ) − 3 ( M ( 1 ) ) − 1 = ( 2 n n n n − 2 ) − ( 1 1 1 − 2 ) = ( 2 n − 1 n − 1 n − 1 n )
Calculăm determinantul:
N = ( 2 n − 1 ) ⋅ n − ( n − 1 ) 2 = 2 n 2 − n − n 2 + 2 n − 1 = n 2 + n − 1 N = (2n - 1) \cdot n - (n - 1)^2 = 2n^2 - n - n^2 + 2n - 1 = n^2 + n - 1 N = ( 2 n − 1 ) ⋅ n − ( n − 1 ) 2 = 2 n 2 − n − n 2 + 2 n − 1 = n 2 + n − 1
pentru orice număr natural nenul n n n .
(3 puncte)
Demonstrarea imparității
N = n 2 + n − 1 = n ( n + 1 ) − 1 N = n^2 + n - 1 = n(n + 1) - 1 N = n 2 + n − 1 = n ( n + 1 ) − 1
Cum n n n și n + 1 n + 1 n + 1 sunt numere naturale nenule de parități diferite, produsul n ( n + 1 ) n(n + 1) n ( n + 1 ) este par. Deci N = n ( n + 1 ) − 1 N = n(n + 1) - 1 N = n ( n + 1 ) − 1 este un număr impar.
Mai mult, n ( n + 1 ) ≥ 2 n(n + 1) \geq 2 n ( n + 1 ) ≥ 2 pentru n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 , deci N ≥ 1 > 0 N \geq 1 > 0 N ≥ 1 > 0 , ceea ce confirmă că N N N este natural impar pentru orice număr natural nenul n n n .
(2 puncte)
2. Legi de Compoziție (15p)
Pe mulțimea numerelor reale se definește legea de compoziție:
x ∗ y = x y − 3 x − 3 y + 12 x * y = xy - 3x - 3y + 12 x ∗ y = x y − 3 x − 3 y + 12
a) Calcul direct (5p)
Arătați că 2 ∗ 5 = 1 2 * 5 = 1 2 ∗ 5 = 1 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Înlocuirea în legea de compoziție
Pentru x = 2 x = 2 x = 2 și y = 5 y = 5 y = 5 :
2 ∗ 5 = 2 ⋅ 5 − 3 ⋅ 2 − 3 ⋅ 5 + 12 2 * 5 = 2 \cdot 5 - 3 \cdot 2 - 3 \cdot 5 + 12 2 ∗ 5 = 2 ⋅ 5 − 3 ⋅ 2 − 3 ⋅ 5 + 12
(3 puncte)
Finalizarea calculelor
2 ∗ 5 = 10 − 6 − 15 + 12 = 1 2 * 5 = 10 - 6 - 15 + 12 = 1 2 ∗ 5 = 10 − 6 − 15 + 12 = 1
(2 puncte)
b) Element neutru (5p)
Arătați că e = 4 e = 4 e = 4 este elementul neutru al legii de compoziție „∗ * ∗ ”.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul expresiei x ∗ 4 x * 4 x ∗ 4
x ∗ 4 = 4 x − 3 x − 12 + 12 = x x * 4 = 4x - 3x - 12 + 12 = x x ∗ 4 = 4 x − 3 x − 12 + 12 = x
pentru orice număr real x x x .
(2 puncte)
Calculul expresiei 4 ∗ x 4 * x 4 ∗ x și concluzia
4 ∗ x = 4 x − 12 − 3 x + 12 = x 4 * x = 4x - 12 - 3x + 12 = x 4 ∗ x = 4 x − 12 − 3 x + 12 = x
pentru orice număr real x x x , deci e = 4 e = 4 e = 4 este elementul neutru al legii de compoziție „∗ * ∗ ”.
(3 puncte)
c) Determinarea parametrului (5p)
Determinați numărul real a a a pentru care ( a − x ) ∗ ( a − x ) = ( a + x ) ∗ ( a + x ) (a - x) * (a - x) = (a + x) * (a + x) ( a − x ) ∗ ( a − x ) = ( a + x ) ∗ ( a + x ) , pentru orice număr real x x x .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul fiecărei compuneri
( a − x ) ∗ ( a − x ) = ( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) + 12 (a - x) * (a - x) = (a - x)^2 - 6(a - x) + 12 ( a − x ) ∗ ( a − x ) = ( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) + 12
( a + x ) ∗ ( a + x ) = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x ) + 12 (a + x) * (a + x) = (a + x)^2 - 6(a + x) + 12 ( a + x ) ∗ ( a + x ) = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x ) + 12
pentru orice număr real x x x .
(2 puncte)
Rezolvarea ecuației
Egalitatea impune:
( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) + 12 = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x ) + 12 (a - x)^2 - 6(a - x) + 12 = (a + x)^2 - 6(a + x) + 12 ( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) + 12 = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x ) + 12
Simplificând:
( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x ) (a - x)^2 - 6(a - x) = (a + x)^2 - 6(a + x) ( a − x ) 2 − 6 ( a − x ) = ( a + x ) 2 − 6 ( a + x )
Dezvoltăm:
a 2 − 2 a x + x 2 − 6 a + 6 x = a 2 + 2 a x + x 2 − 6 a − 6 x a^2 - 2ax + x^2 - 6a + 6x = a^2 + 2ax + x^2 - 6a - 6x a 2 − 2 a x + x 2 − 6 a + 6 x = a 2 + 2 a x + x 2 − 6 a − 6 x
− 2 a x + 6 x = 2 a x − 6 x ⟺ − 4 a x + 12 x = 0 ⟺ 4 x ( a − 3 ) = 0 -2ax + 6x = 2ax - 6x \iff -4ax + 12x = 0 \iff 4x(a - 3) = 0 − 2 a x + 6 x = 2 a x − 6 x ⟺ − 4 a x + 12 x = 0 ⟺ 4 x ( a − 3 ) = 0
Pentru ca egalitatea să aibă loc pentru orice număr real x x x , trebuie a − 3 = 0 a - 3 = 0 a − 3 = 0 , de unde a = 3 a = 3 a = 3 .
(3 puncte)
SUBIECTUL al III-lea (30 de puncte)
1. Analiză Matematică – Funcție Rațională (15p)
Se consideră funcția f : ( 0 , + ∞ ) → R f: (0, +\infty) \to \mathbb{R} f : ( 0 , + ∞ ) → R , f ( x ) = x 2 − 3 x 3 f(x) = \dfrac{x^2 - 3}{x^3} f ( x ) = x 3 x 2 − 3 .
a) Derivata funcției (5p)
Arătați că f ′ ( x ) = 9 − x 2 x 4 f'(x) = \dfrac{9 - x^2}{x^4} f ′ ( x ) = x 4 9 − x 2 , x ∈ ( 0 , + ∞ ) x \in (0, +\infty) x ∈ ( 0 , + ∞ ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Aplicarea formulei de derivare a câtului
f ′ ( x ) = ( x 2 − 3 ) ′ ⋅ x 3 − ( x 2 − 3 ) ⋅ ( x 3 ) ′ ( x 3 ) 2 = 2 x ⋅ x 3 − ( x 2 − 3 ) ⋅ 3 x 2 x 6 f'(x) = \frac{(x^2 - 3)' \cdot x^3 - (x^2 - 3) \cdot (x^3)'}{(x^3)^2} = \frac{2x \cdot x^3 - (x^2 - 3) \cdot 3x^2}{x^6} f ′ ( x ) = ( x 3 ) 2 ( x 2 − 3 ) ′ ⋅ x 3 − ( x 2 − 3 ) ⋅ ( x 3 ) ′ = x 6 2 x ⋅ x 3 − ( x 2 − 3 ) ⋅ 3 x 2
(3 puncte)
Simplificarea expresiei
f ′ ( x ) = x 2 ( 2 x 2 − 3 x 2 + 9 ) x 6 = − x 2 + 9 x 4 = 9 − x 2 x 4 , x ∈ ( 0 , + ∞ ) f'(x) = \frac{x^2(2x^2 - 3x^2 + 9)}{x^6} = \frac{-x^2 + 9}{x^4} = \frac{9 - x^2}{x^4}, \quad x \in (0, +\infty) f ′ ( x ) = x 6 x 2 ( 2 x 2 − 3 x 2 + 9 ) = x 4 − x 2 + 9 = x 4 9 − x 2 , x ∈ ( 0 , + ∞ )
(2 puncte)
b) Ecuația tangentei (5p)
Determinați ecuația tangentei la graficul funcției f f f în punctul de abscisă x = 1 x = 1 x = 1 , 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 ( 1 ) f(1) f ( 1 ) și f ′ ( 1 ) f'(1) f ′ ( 1 )
f ( 1 ) = 1 − 3 1 = − 2 , f ′ ( 1 ) = 9 − 1 1 = 8 f(1) = \frac{1 - 3}{1} = -2, \quad f'(1) = \frac{9 - 1}{1} = 8 f ( 1 ) = 1 1 − 3 = − 2 , f ′ ( 1 ) = 1 9 − 1 = 8
(2 puncte)
Scrierea ecuației tangentei
Ecuația tangentei în punctul ( 1 , f ( 1 ) ) (1, f(1)) ( 1 , f ( 1 )) este:
y − f ( 1 ) = f ′ ( 1 ) ( x − 1 ) ⟹ y − ( − 2 ) = 8 ( x − 1 ) ⟹ y = 8 x − 10 y - f(1) = f'(1)(x - 1) \implies y - (-2) = 8(x - 1) \implies y = 8x - 10 y − f ( 1 ) = f ′ ( 1 ) ( x − 1 ) ⟹ y − ( − 2 ) = 8 ( x − 1 ) ⟹ y = 8 x − 10
(3 puncte)
c) Inegalitate cu funcții (5p)
Demonstrați că 9 f ( 2 x ) − f ( x ) ≤ 4 9f(2x) - f(x) \leq 4 9 f ( 2 x ) − f ( x ) ≤ 4 , pentru orice x ∈ [ 1 , 2 ] x \in [1, 2] x ∈ [ 1 , 2 ] .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Studiul monotoniei funcției f f f
Din f ′ ( x ) = 9 − x 2 x 4 f'(x) = \dfrac{9 - x^2}{x^4} f ′ ( x ) = x 4 9 − x 2 :
f ′ ( x ) = 0 ⟹ x = 3 f'(x) = 0 \implies x = 3 f ′ ( x ) = 0 ⟹ x = 3 (pe ( 0 , + ∞ ) (0, +\infty) ( 0 , + ∞ ) )
Pentru x ∈ ( 0 , 3 ) x \in (0, 3) x ∈ ( 0 , 3 ) : f ′ ( x ) > 0 f'(x) > 0 f ′ ( x ) > 0 , deci f f f este crescătoare pe ( 0 , 3 ] (0, 3] ( 0 , 3 ]
Pentru x ∈ ( 3 , + ∞ ) x \in (3, +\infty) x ∈ ( 3 , + ∞ ) : f ′ ( x ) < 0 f'(x) < 0 f ′ ( x ) < 0 , deci f f f este descrescătoare pe [ 3 , + ∞ ) [3, +\infty) [ 3 , + ∞ )
(2 puncte)
Demonstrarea inegalității
Pentru x ∈ [ 1 , 2 ] x \in [1, 2] x ∈ [ 1 , 2 ] , avem 2 x ∈ [ 2 , 4 ] 2x \in [2, 4] 2 x ∈ [ 2 , 4 ] .
Pe intervalul [ 1 , 2 ] ⊂ ( 0 , 3 ] [1, 2] \subset (0, 3] [ 1 , 2 ] ⊂ ( 0 , 3 ] , funcția f f f este crescătoare, deci:
f ( x ) ≥ f ( 1 ) = − 2 f(x) \geq f(1) = -2 f ( x ) ≥ f ( 1 ) = − 2
Pe intervalul [ 2 , 4 ] [2, 4] [ 2 , 4 ] , maximul funcției f f f se atinge în x = 3 x = 3 x = 3 :
f ( 2 x ) ≤ f ( 3 ) = 9 − 3 27 = 6 27 = 2 9 f(2x) \leq f(3) = \frac{9 - 3}{27} = \frac{6}{27} = \frac{2}{9} f ( 2 x ) ≤ f ( 3 ) = 27 9 − 3 = 27 6 = 9 2
Deci:
9 f ( 2 x ) − f ( x ) ≤ 9 ⋅ 2 9 − ( − 2 ) = 2 + 2 = 4 9f(2x) - f(x) \leq 9 \cdot \frac{2}{9} - (-2) = 2 + 2 = 4 9 f ( 2 x ) − f ( x ) ≤ 9 ⋅ 9 2 − ( − 2 ) = 2 + 2 = 4
pentru orice x ∈ [ 1 , 2 ] x \in [1, 2] x ∈ [ 1 , 2 ] .
(3 puncte)
2. Analiză Matematică – Funcție cu Radicali (15p)
Se consideră funcția f : ( − 3 , + ∞ ) → R f: (-3, +\infty) \to \mathbb{R} f : ( − 3 , + ∞ ) → R , f ( x ) = x + 2 + 2 x + 3 f(x) = x + 2 + \dfrac{2}{\sqrt{x + 3}} f ( x ) = x + 2 + x + 3 2 .
a) Integrală definită (5p)
Arătați că:
∫ 0 4 ( f ( x ) − 2 x + 3 ) d x = 16 \int_0^4 \left(f(x) - \frac{2}{\sqrt{x + 3}}\right) dx = 16 ∫ 0 4 ( f ( x ) − x + 3 2 ) d x = 16
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Simplificarea integrandului
Deoarece f ( x ) − 2 x + 3 = x + 2 f(x) - \dfrac{2}{\sqrt{x + 3}} = x + 2 f ( x ) − x + 3 2 = x + 2 :
∫ 0 4 ( f ( x ) − 2 x + 3 ) d x = ∫ 0 4 ( x + 2 ) d x = x 2 2 + 2 x ∣ 0 4 \int_0^4 \left(f(x) - \frac{2}{\sqrt{x + 3}}\right) dx = \int_0^4 (x + 2)\, dx = \left.\frac{x^2}{2} + 2x \right|_0^4 ∫ 0 4 ( f ( x ) − x + 3 2 ) d x = ∫ 0 4 ( x + 2 ) d x = 2 x 2 + 2 x 0 4
(3 puncte)
Calculul numeric
( 16 2 + 8 ) − ( 0 + 0 ) = 8 + 8 = 16 \left(\frac{16}{2} + 8\right) - (0 + 0) = 8 + 8 = 16 ( 2 16 + 8 ) − ( 0 + 0 ) = 8 + 8 = 16
(2 puncte)
b) Integrală cu substituție (5p)
Arătați că:
∫ 1 6 ( f ( x ) − x − 2 ) d x = 4 \int_1^6 \left(f(x) - x - 2\right) dx = 4 ∫ 1 6 ( f ( x ) − x − 2 ) d x = 4
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Simplificarea integrandului și calculul primitivei
Deoarece f ( x ) − x − 2 = 2 x + 3 f(x) - x - 2 = \dfrac{2}{\sqrt{x + 3}} f ( x ) − x − 2 = x + 3 2 :
∫ 1 6 2 x + 3 d x = 4 ∫ 1 6 ( x + 3 ) ′ 2 x + 3 d x = 4 x + 3 ∣ 1 6 \int_1^6 \frac{2}{\sqrt{x + 3}}\, dx = 4 \int_1^6 \frac{(x + 3)'}{2\sqrt{x + 3}}\, dx = 4\left.\sqrt{x + 3}\right|_1^6 ∫ 1 6 x + 3 2 d x = 4 ∫ 1 6 2 x + 3 ( x + 3 ) ′ d x = 4 x + 3 1 6
(3 puncte)
Calculul numeric
4 ( 9 − 4 ) = 4 ( 3 − 2 ) = 4 4\left(\sqrt{9} - \sqrt{4}\right) = 4(3 - 2) = 4 4 ( 9 − 4 ) = 4 ( 3 − 2 ) = 4
(2 puncte)
c) Ecuație cu integrală (5p)
Determinați numărul real a a a pentru care:
∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + 1 f ( x ) ) d x = ln ( 2 e a ) \int_{-2}^1 f'(x) \left(1 + \frac{1}{f(x)}\right) dx = \ln(2e^a) ∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + f ( x ) 1 ) d x = ln ( 2 e a )
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Descompunerea integralei
∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + 1 f ( x ) ) d x = ∫ − 2 1 f ′ ( x ) d x + ∫ − 2 1 f ′ ( x ) f ( x ) d x \int_{-2}^1 f'(x) \left(1 + \frac{1}{f(x)}\right) dx = \int_{-2}^1 f'(x)\, dx + \int_{-2}^1 \frac{f'(x)}{f(x)}\, dx ∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + f ( x ) 1 ) d x = ∫ − 2 1 f ′ ( x ) d x + ∫ − 2 1 f ( x ) f ′ ( x ) d x
Calculăm fiecare integrală:
∫ − 2 1 f ′ ( x ) d x = f ( x ) ∣ − 2 1 = f ( 1 ) − f ( − 2 ) \int_{-2}^1 f'(x)\, dx = \left.f(x)\right|_{-2}^1 = f(1) - f(-2) ∫ − 2 1 f ′ ( x ) d x = f ( x ) ∣ − 2 1 = f ( 1 ) − f ( − 2 )
f ( 1 ) = 1 + 2 + 2 4 = 4 , f ( − 2 ) = − 2 + 2 + 2 1 = 2 f(1) = 1 + 2 + \frac{2}{\sqrt{4}} = 4, \quad f(-2) = -2 + 2 + \frac{2}{\sqrt{1}} = 2 f ( 1 ) = 1 + 2 + 4 2 = 4 , f ( − 2 ) = − 2 + 2 + 1 2 = 2
∫ − 2 1 f ′ ( x ) f ( x ) d x = ln ∣ f ( x ) ∣ ∣ − 2 1 = ln 4 − ln 2 = ln 2 \int_{-2}^1 \frac{f'(x)}{f(x)}\, dx = \left.\ln|f(x)|\right|_{-2}^1 = \ln 4 - \ln 2 = \ln 2 ∫ − 2 1 f ( x ) f ′ ( x ) d x = ln ∣ f ( x ) ∣ ∣ − 2 1 = ln 4 − ln 2 = ln 2
Deci:
∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + 1 f ( x ) ) d x = ( 4 − 2 ) + ln 2 = 2 + ln 2 \int_{-2}^1 f'(x) \left(1 + \frac{1}{f(x)}\right) dx = (4 - 2) + \ln 2 = 2 + \ln 2 ∫ − 2 1 f ′ ( x ) ( 1 + f ( x ) 1 ) d x = ( 4 − 2 ) + ln 2 = 2 + ln 2
(3 puncte)
Determinarea parametrului a a a
Ecuația devine:
2 + ln 2 = ln ( 2 e a ) = ln 2 + a 2 + \ln 2 = \ln(2e^a) = \ln 2 + a 2 + ln 2 = ln ( 2 e a ) = ln 2 + a
Deci a = 2 a = 2 a = 2 .
(2 puncte)