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 cu Fracții (5p)
Arătați că:
8 3 − 2 ⋅ ( 1 − 1 6 ) = 1 \frac{8}{3} - 2 \cdot \left( 1 - \frac{1}{6} \right) = 1 3 8 − 2 ⋅ ( 1 − 6 1 ) = 1
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul parantezei și al înmulțirii
Efectuăm scăderea din paranteză:
1 − 1 6 = 6 6 − 1 6 = 5 6 1 - \frac{1}{6} = \frac{6}{6} - \frac{1}{6} = \frac{5}{6} 1 − 6 1 = 6 6 − 6 1 = 6 5
Înmulțim cu 2 2 2 :
2 ⋅ 5 6 = 10 6 = 5 3 2 \cdot \frac{5}{6} = \frac{10}{6} = \frac{5}{3} 2 ⋅ 6 5 = 6 10 = 3 5
(3 puncte)
Finalizarea calculului
8 3 − 5 3 = 8 − 5 3 = 3 3 = 1 \frac{8}{3} - \frac{5}{3} = \frac{8 - 5}{3} = \frac{3}{3} = 1 3 8 − 3 5 = 3 8 − 5 = 3 3 = 1
(2 puncte)
2. Ecuație Liniară (5p)
Se consideră funcția f : R → R f: \mathbb{R} \to \mathbb{R} f : R → R , f ( x ) = 7 x + 5 f(x) = 7x + 5 f ( x ) = 7 x + 5 . Determinați numărul real m m m pentru care f ( m ) = 26 f(m) = 26 f ( m ) = 26 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea ecuației
Calculăm f ( m ) f(m) f ( m ) :
f ( m ) = 7 m + 5 f(m) = 7m + 5 f ( m ) = 7 m + 5
Ecuația dată este:
7 m + 5 = 26 7m + 5 = 26 7 m + 5 = 26
(3 puncte)
Rezolvarea ecuației
7 m = 26 − 5 ⟺ 7 m = 21 ⟺ m = 21 7 = 3 7m = 26 - 5 \iff 7m = 21 \iff m = \frac{21}{7} = 3 7 m = 26 − 5 ⟺ 7 m = 21 ⟺ m = 7 21 = 3
(2 puncte)
3. Ecuație Exponențială (5p)
Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația:
3 2 x − 1 = 3 5 − x 3^{2x - 1} = 3^{5 - x} 3 2 x − 1 = 3 5 − x
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Egalarea exponenților
Deoarece baza puterilor este aceeași (3 > 0 , 3 ≠ 1 3 > 0, 3 \neq 1 3 > 0 , 3 = 1 ), funcția exponențială este injectivă:
2 x − 1 = 5 − x 2x - 1 = 5 - x 2 x − 1 = 5 − x
(3 puncte)
Aflarea necunoscutei
Trecem termenii cu x x x în stânga:
2 x + x = 5 + 1 ⟺ 3 x = 6 ⟺ x = 2 2x + x = 5 + 1 \iff 3x = 6 \iff x = 2 2 x + x = 5 + 1 ⟺ 3 x = 6 ⟺ x = 2
(2 puncte)
4. Calcul Procentual (5p)
După o ieftinire cu 65 % 65\% 65% , un obiect costă 70 70 70 de lei. Determinați prețul obiectului înainte de ieftinire.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Formularea ecuației prețului inițial
Fie x x x prețul obiectului înainte de ieftinire. Ieftinirea reprezintă 65 % 65\% 65% din x x x , deci noul preț este:
x − 65 100 x = 70 ⟺ 35 100 x = 70 x - \frac{65}{100}x = 70 \iff \frac{35}{100}x = 70 x − 100 65 x = 70 ⟺ 100 35 x = 70
(3 puncte)
Calcularea valorii lui x x x
x = 70 ⋅ 100 35 = 2 ⋅ 100 = 200 lei x = \frac{70 \cdot 100}{35} = 2 \cdot 100 = 200 \text{ lei} x = 35 70 ⋅ 100 = 2 ⋅ 100 = 200 lei
(2 puncte)
5. Geometrie Analitică (5p)
În reperul cartezian x O y xOy x O y se consideră punctele A ( 1 , 3 ) A(1,3) A ( 1 , 3 ) , B ( 8 , 6 ) B(8,6) B ( 8 , 6 ) și C C C , mijlocul segmentului O B OB O B . Determinați distanța dintre punctele A A A și C C C .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Coordonatele punctului C C C
Originea reperului este O ( 0 , 0 ) O(0,0) O ( 0 , 0 ) . Punctul C C C fiind mijlocul segmentului O B OB O B :
x C = x O + x B 2 = 0 + 8 2 = 4 , y C = y O + y B 2 = 0 + 6 2 = 3 ⟹ C ( 4 , 3 ) x_C = \frac{x_O + x_B}{2} = \frac{0 + 8}{2} = 4, \quad y_C = \frac{y_O + y_B}{2} = \frac{0 + 6}{2} = 3 \implies C(4,3) x C = 2 x O + x B = 2 0 + 8 = 4 , y C = 2 y O + y B = 2 0 + 6 = 3 ⟹ C ( 4 , 3 )
(2 puncte)
Calculul distanței A C AC A C
A C = ( x C − x A ) 2 + ( y C − y A ) 2 = ( 4 − 1 ) 2 + ( 3 − 3 ) 2 = 3 2 + 0 2 = 3 AC = \sqrt{(x_C - x_A)^2 + (y_C - y_A)^2} = \sqrt{(4 - 1)^2 + (3 - 3)^2} = \sqrt{3^2 + 0^2} = 3 A C = ( x C − x A ) 2 + ( y C − y A ) 2 = ( 4 − 1 ) 2 + ( 3 − 3 ) 2 = 3 2 + 0 2 = 3
(3 puncte)
6. Geometrie și Trigonometrie (5p)
Se consideră triunghiul A B C ABC A B C , dreptunghic în A A A , cu A C = 6 ⋅ A B AC = 6 \cdot AB A C = 6 ⋅ A B și aria egală cu 12 12 12 . Arătați că A B = 2 AB = 2 A B = 2 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Exprimarea ariei triunghiului dreptunghic
Aria triunghiului dreptunghic în A A A este:
A △ A B C = A B ⋅ A C 2 \mathcal{A}_{\triangle ABC} = \frac{AB \cdot AC}{2} A △ A B C = 2 A B ⋅ A C
Înlocuind A C = 6 ⋅ A B AC = 6 \cdot AB A C = 6 ⋅ A B :
A B ⋅ ( 6 ⋅ A B ) 2 = 3 A B 2 \frac{AB \cdot (6 \cdot AB)}{2} = 3AB^2 2 A B ⋅ ( 6 ⋅ A B ) = 3 A B 2
(3 puncte)
Aflarea lungimii laturii A B AB A B
Din enunț, aria este egală cu 12 12 12 :
3 A B 2 = 12 ⟺ A B 2 = 4 3AB^2 = 12 \iff AB^2 = 4 3 A B 2 = 12 ⟺ A B 2 = 4
Deoarece A B > 0 AB > 0 A B > 0 fiind lungimea unui segment:
A B = 2 AB = 2 A B = 2
(2 puncte)
SUBIECTUL al II-lea (30 de puncte)
1. Matrice (5p)
Se consideră matricea:
A ( x ) = ( x 2 2 x x + 4 ) A(x) = \begin{pmatrix} x & 2 \\ 2x & x + 4 \end{pmatrix} A ( x ) = ( x 2 x 2 x + 4 )
unde x x x este număr real.
a) Determinantul matricei A ( 1 ) A(1) A ( 1 ) (5p)
Arătați că det ( A ( 1 ) ) = 1 \det(A(1)) = 1 det ( A ( 1 )) = 1 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea matricei A ( 1 ) A(1) A ( 1 ) și a determinantului
Pentru x = 1 x = 1 x = 1 :
A ( 1 ) = ( 1 2 2 5 ) A(1) = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 5 \end{pmatrix} A ( 1 ) = ( 1 2 2 5 )
Determinantul este:
det ( A ( 1 ) ) = ∣ 1 2 2 5 ∣ = 1 ⋅ 5 − 2 ⋅ 2 \det(A(1)) = \begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 5 \end{vmatrix} = 1 \cdot 5 - 2 \cdot 2 det ( A ( 1 )) = 1 2 2 5 = 1 ⋅ 5 − 2 ⋅ 2
(3 puncte)
Calculul numeric
det ( A ( 1 ) ) = 5 − 4 = 1 \det(A(1)) = 5 - 4 = 1 det ( A ( 1 )) = 5 − 4 = 1
(2 puncte)
b) Identitate liniară matriceală (5p)
Arătați că 3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = 2 A ( 4 ) 3A(3) - A(1) = 2A(4) 3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = 2 A ( 4 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul membrului stâng
Avem:
A ( 3 ) = ( 3 2 6 7 ) ⟹ 3 A ( 3 ) = ( 9 6 18 21 ) A(3) = \begin{pmatrix} 3 & 2 \\ 6 & 7 \end{pmatrix} \implies 3A(3) = \begin{pmatrix} 9 & 6 \\ 18 & 21 \end{pmatrix} A ( 3 ) = ( 3 6 2 7 ) ⟹ 3 A ( 3 ) = ( 9 18 6 21 )
A ( 1 ) = ( 1 2 2 5 ) A(1) = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 5 \end{pmatrix} A ( 1 ) = ( 1 2 2 5 )
Scăderea dă:
3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = ( 9 − 1 6 − 2 18 − 2 21 − 5 ) = ( 8 4 16 16 ) 3A(3) - A(1) = \begin{pmatrix} 9 - 1 & 6 - 2 \\ 18 - 2 & 21 - 5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 & 4 \\ 16 & 16 \end{pmatrix} 3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = ( 9 − 1 18 − 2 6 − 2 21 − 5 ) = ( 8 16 4 16 )
(3 puncte)
Calculul membrului drept și concluzia
Determinăm A ( 4 ) A(4) A ( 4 ) :
A ( 4 ) = ( 4 2 8 8 ) A(4) = \begin{pmatrix} 4 & 2 \\ 8 & 8 \end{pmatrix} A ( 4 ) = ( 4 8 2 8 )
Înmulțind cu 2 2 2 :
2 A ( 4 ) = 2 ( 4 2 8 8 ) = ( 8 4 16 16 ) 2A(4) = 2 \begin{pmatrix} 4 & 2 \\ 8 & 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 & 4 \\ 16 & 16 \end{pmatrix} 2 A ( 4 ) = 2 ( 4 8 2 8 ) = ( 8 16 4 16 )
Ambii membri fiind egali, egalitatea 3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = 2 A ( 4 ) 3A(3) - A(1) = 2A(4) 3 A ( 3 ) − A ( 1 ) = 2 A ( 4 ) este demonstrată.
(2 puncte)
c) Ecuație cu produse de matrice (5p)
Determinați numărul real x x x pentru care A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 ) = 4 x A ( 0 ) A(0) \cdot A(x) \cdot A(0) = 4x A(0) A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 ) = 4 x A ( 0 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul produsului A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 ) A(0) \cdot A(x) \cdot A(0) A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 )
Pentru x = 0 x = 0 x = 0 , matricea este:
A ( 0 ) = ( 0 2 0 4 ) A(0) = \begin{pmatrix} 0 & 2 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} A ( 0 ) = ( 0 0 2 4 )
Calculăm mai întâi produsul A ( 0 ) ⋅ A ( x ) A(0) \cdot A(x) A ( 0 ) ⋅ A ( x ) :
A ( 0 ) ⋅ A ( x ) = ( 0 2 0 4 ) ( x 2 2 x x + 4 ) = ( 4 x 2 x + 8 8 x 4 x + 16 ) A(0) \cdot A(x) = \begin{pmatrix} 0 & 2 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x & 2 \\ 2x & x + 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4x & 2x + 8 \\ 8x & 4x + 16 \end{pmatrix} A ( 0 ) ⋅ A ( x ) = ( 0 0 2 4 ) ( x 2 x 2 x + 4 ) = ( 4 x 8 x 2 x + 8 4 x + 16 )
Calculăm acum A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 ) A(0) \cdot A(x) \cdot A(0) A ( 0 ) ⋅ A ( x ) ⋅ A ( 0 ) :
( 4 x 2 x + 8 8 x 4 x + 16 ) ( 0 2 0 4 ) = ( 0 8 x + 4 ( 2 x + 8 ) 0 16 x + 4 ( 4 x + 16 ) ) = ( 0 16 x + 32 0 32 x + 64 ) \begin{pmatrix} 4x & 2x + 8 \\ 8x & 4x + 16 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 0 & 2 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & 8x + 4(2x + 8) \\ 0 & 16x + 4(4x + 16) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & 16x + 32 \\ 0 & 32x + 64 \end{pmatrix} ( 4 x 8 x 2 x + 8 4 x + 16 ) ( 0 0 2 4 ) = ( 0 0 8 x + 4 ( 2 x + 8 ) 16 x + 4 ( 4 x + 16 ) ) = ( 0 0 16 x + 32 32 x + 64 )
Observăm că:
( 0 16 x + 32 0 32 x + 64 ) = ( 8 x + 16 ) ( 0 2 0 4 ) = ( 8 x + 16 ) A ( 0 ) \begin{pmatrix} 0 & 16x + 32 \\ 0 & 32x + 64 \end{pmatrix} = (8x + 16) \begin{pmatrix} 0 & 2 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} = (8x + 16) A(0) ( 0 0 16 x + 32 32 x + 64 ) = ( 8 x + 16 ) ( 0 0 2 4 ) = ( 8 x + 16 ) A ( 0 )
(3 puncte)
Rezolvarea ecuației
Ecuația devine:
( 8 x + 16 ) A ( 0 ) = 4 x A ( 0 ) (8x + 16) A(0) = 4x A(0) ( 8 x + 16 ) A ( 0 ) = 4 x A ( 0 )
Deoarece A ( 0 ) ≠ O 2 A(0) \neq O_2 A ( 0 ) = O 2 , egalitatea matricelor este echivalentă cu egalitatea scalarilor:
8 x + 16 = 4 x ⟺ 4 x = − 16 ⟺ x = − 4 8x + 16 = 4x \iff 4x = -16 \iff x = -4 8 x + 16 = 4 x ⟺ 4 x = − 16 ⟺ x = − 4
(2 puncte)
2. Polinoame (5p)
Se consideră polinomul f = X 3 − 4 X 2 + a X − 2 f = X^3 - 4X^2 + aX - 2 f = X 3 − 4 X 2 + a X − 2 , unde a a a este număr real.
a) Verificare pentru a = 5 a = 5 a = 5 (5p)
Pentru a = 5 a = 5 a = 5 , arătați că f ( 1 ) = 0 f(1) = 0 f ( 1 ) = 0 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea polinomului și evaluarea în 1 1 1
Pentru a = 5 a = 5 a = 5 , polinomul este f = X 3 − 4 X 2 + 5 X − 2 f = X^3 - 4X^2 + 5X - 2 f = X 3 − 4 X 2 + 5 X − 2 .
f ( 1 ) = 1 3 − 4 ⋅ 1 2 + 5 ⋅ 1 − 2 f(1) = 1^3 - 4 \cdot 1^2 + 5 \cdot 1 - 2 f ( 1 ) = 1 3 − 4 ⋅ 1 2 + 5 ⋅ 1 − 2
(3 puncte)
Calculul numeric
f ( 1 ) = 1 − 4 + 5 − 2 = 0 f(1) = 1 - 4 + 5 - 2 = 0 f ( 1 ) = 1 − 4 + 5 − 2 = 0
(2 puncte)
b) Relațiile lui Viète pentru a = 3 a = 3 a = 3 (5p)
Pentru a = 3 a = 3 a = 3 , arătați că x 1 x 2 x 3 + 2 x 1 x 2 + 2 x 1 x 3 + 2 x 2 x 3 = 8 x_1 x_2 x_3 + 2x_1 x_2 + 2x_1 x_3 + 2x_2 x_3 = 8 x 1 x 2 x 3 + 2 x 1 x 2 + 2 x 1 x 3 + 2 x 2 x 3 = 8 , unde x 1 , x 2 , x 3 x_1, x_2, x_3 x 1 , x 2 , x 3 sunt rădăcinile polinomului f f f .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Scrierea relațiilor lui Viète
Pentru a = 3 a = 3 a = 3 , polinomul este f = X 3 − 4 X 2 + 3 X − 2 f = X^3 - 4X^2 + 3X - 2 f = X 3 − 4 X 2 + 3 X − 2 .
Conform relațiilor lui Viète:
x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 = 3 1 = 3 , x 1 x 2 x 3 = − − 2 1 = 2 x_1 x_2 + x_1 x_3 + x_2 x_3 = \frac{3}{1} = 3, \quad x_1 x_2 x_3 = -\frac{-2}{1} = 2 x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 = 1 3 = 3 , x 1 x 2 x 3 = − 1 − 2 = 2
(2 puncte)
Calculul expresiei date
Grupăm termenii:
x 1 x 2 x 3 + 2 x 1 x 2 + 2 x 1 x 3 + 2 x 2 x 3 = x 1 x 2 x 3 + 2 ( x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 ) x_1 x_2 x_3 + 2x_1 x_2 + 2x_1 x_3 + 2x_2 x_3 = x_1 x_2 x_3 + 2(x_1 x_2 + x_1 x_3 + x_2 x_3) x 1 x 2 x 3 + 2 x 1 x 2 + 2 x 1 x 3 + 2 x 2 x 3 = x 1 x 2 x 3 + 2 ( x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 )
Înlocuind valorile din relațiile lui Viète:
= 2 + 2 ⋅ 3 = 2 + 6 = 8 = 2 + 2 \cdot 3 = 2 + 6 = 8 = 2 + 2 ⋅ 3 = 2 + 6 = 8
(3 puncte)
c) Resturi de împărțire polinomială (5p)
Se consideră polinoamele g = X − 3 g = X - 3 g = X − 3 și h = X + 2 h = X + 2 h = X + 2 . Determinați numărul real a a a pentru care restul împărțirii polinomului f f f la g g g este egal cu restul împărțirii polinomului g g g la h h h .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Calculul celor două resturi conform teoremei restului
(3 puncte)
Egalarea resturilor și determinarea parametrului a a a
Din condiția R 1 = R 2 R_1 = R_2 R 1 = R 2 :
3 a − 11 = − 5 ⟺ 3 a = 11 − 5 ⟺ 3 a = 6 ⟺ a = 2 3a - 11 = -5 \iff 3a = 11 - 5 \iff 3a = 6 \iff a = 2 3 a − 11 = − 5 ⟺ 3 a = 11 − 5 ⟺ 3 a = 6 ⟺ a = 2
(2 puncte)
SUBIECTUL al III-lea (30 de puncte)
1. Analiză Matematică - Calcul Diferențial (5p)
Se consideră funcția f : R → R f: \mathbb{R} \to \mathbb{R} f : R → R , f ( x ) = 2 x + 1 x 2 + 6 f(x) = \frac{2x + 1}{x^2 + 6} f ( x ) = x 2 + 6 2 x + 1 .
a) Calculul derivatei (5p)
Arătați că f ′ ( x ) = 2 ( x + 3 ) ( 2 − x ) ( x 2 + 6 ) 2 f'(x) = \frac{2(x + 3)(2 - x)}{(x^2 + 6)^2} f ′ ( x ) = ( x 2 + 6 ) 2 2 ( x + 3 ) ( 2 − x ) , pentru orice x ∈ R x \in \mathbb{R} x ∈ R .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Aplicarea regulii de derivare a câtului
f ′ ( x ) = ( 2 x + 1 ) ′ ( x 2 + 6 ) − ( 2 x + 1 ) ( x 2 + 6 ) ′ ( x 2 + 6 ) 2 f'(x) = \frac{(2x + 1)'(x^2 + 6) - (2x + 1)(x^2 + 6)'}{(x^2 + 6)^2} f ′ ( x ) = ( x 2 + 6 ) 2 ( 2 x + 1 ) ′ ( x 2 + 6 ) − ( 2 x + 1 ) ( x 2 + 6 ) ′
= 2 ( x 2 + 6 ) − ( 2 x + 1 ) ( 2 x ) ( x 2 + 6 ) 2 = \frac{2(x^2 + 6) - (2x + 1)(2x)}{(x^2 + 6)^2} = ( x 2 + 6 ) 2 2 ( x 2 + 6 ) − ( 2 x + 1 ) ( 2 x )
(3 puncte)
Desfacerea parantezelor și factorizarea
= 2 x 2 + 12 − ( 4 x 2 + 2 x ) ( x 2 + 6 ) 2 = − 2 x 2 − 2 x + 12 ( x 2 + 6 ) 2 = \frac{2x^2 + 12 - (4x^2 + 2x)}{(x^2 + 6)^2} = \frac{-2x^2 - 2x + 12}{(x^2 + 6)^2} = ( x 2 + 6 ) 2 2 x 2 + 12 − ( 4 x 2 + 2 x ) = ( x 2 + 6 ) 2 − 2 x 2 − 2 x + 12
Dăm factor comun pe − 2 -2 − 2 :
= − 2 ( x 2 + x − 6 ) ( x 2 + 6 ) 2 = − 2 ( x + 3 ) ( x − 2 ) ( x 2 + 6 ) 2 = 2 ( x + 3 ) ( 2 − x ) ( x 2 + 6 ) 2 = \frac{-2(x^2 + x - 6)}{(x^2 + 6)^2} = \frac{-2(x + 3)(x - 2)}{(x^2 + 6)^2} = \frac{2(x + 3)(2 - x)}{(x^2 + 6)^2} = ( x 2 + 6 ) 2 − 2 ( x 2 + x − 6 ) = ( x 2 + 6 ) 2 − 2 ( x + 3 ) ( x − 2 ) = ( x 2 + 6 ) 2 2 ( x + 3 ) ( 2 − x )
pentru orice x ∈ R x \in \mathbb{R} x ∈ R .
(2 puncte)
b) Calculul limitei la + ∞ +\infty + ∞ (5p)
Arătați că lim x → + ∞ ( x ⋅ f ( x ) ) = 2 \lim_{x \to +\infty} (x \cdot f(x)) = 2 lim x → + ∞ ( x ⋅ f ( x )) = 2 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Formarea expresiei raționale
x ⋅ f ( x ) = x ( 2 x + 1 ) x 2 + 6 = 2 x 2 + x x 2 + 6 x \cdot f(x) = \frac{x(2x + 1)}{x^2 + 6} = \frac{2x^2 + x}{x^2 + 6} x ⋅ f ( x ) = x 2 + 6 x ( 2 x + 1 ) = x 2 + 6 2 x 2 + x
Limita devine:
lim x → + ∞ 2 x 2 + x x 2 + 6 = lim x → + ∞ x 2 ( 2 + 1 x ) x 2 ( 1 + 6 x 2 ) \lim_{x \to +\infty} \frac{2x^2 + x}{x^2 + 6} = \lim_{x \to +\infty} \frac{x^2\left(2 + \frac{1}{x}\right)}{x^2\left(1 + \frac{6}{x^2}\right)} x → + ∞ lim x 2 + 6 2 x 2 + x = x → + ∞ lim x 2 ( 1 + x 2 6 ) x 2 ( 2 + x 1 )
(3 puncte)
Calculul limitei
Simplificând prin x 2 x^2 x 2 :
= lim x → + ∞ 2 + 1 x 1 + 6 x 2 = 2 + 0 1 + 0 = 2 = \lim_{x \to +\infty} \frac{2 + \frac{1}{x}}{1 + \frac{6}{x^2}} = \frac{2 + 0}{1 + 0} = 2 = x → + ∞ lim 1 + x 2 6 2 + x 1 = 1 + 0 2 + 0 = 2
(2 puncte)
c) Panta tangentei la grafic (5p)
Determinați numerele reale a a a pentru care tangenta la graficul funcției f f f în punctul de abscisă x = a x = a x = a , situat pe graficul funcției f f f , are panta egală cu 0 0 0 .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Semnificația geometrică a derivatei
Panta tangentei la graficul funcției f f f în punctul de abscisă x = a x = a x = a este egală cu f ′ ( a ) f'(a) f ′ ( a ) .
Condiția ca panta să fie 0 0 0 este:
f ′ ( a ) = 0 f'(a) = 0 f ′ ( a ) = 0
(2 puncte)
Rezolvarea ecuației derivatei
Folosind forma factorizată a derivatei:
2 ( a + 3 ) ( 2 − a ) ( a 2 + 6 ) 2 = 0 ⟺ ( a + 3 ) ( 2 − a ) = 0 \frac{2(a + 3)(2 - a)}{(a^2 + 6)^2} = 0 \iff (a + 3)(2 - a) = 0 ( a 2 + 6 ) 2 2 ( a + 3 ) ( 2 − a ) = 0 ⟺ ( a + 3 ) ( 2 − a ) = 0
De unde obținem:
a + 3 = 0 ⟹ a = − 3 sau 2 − a = 0 ⟹ a = 2 a + 3 = 0 \implies a = -3 \quad \text{sau} \quad 2 - a = 0 \implies a = 2 a + 3 = 0 ⟹ a = − 3 sau 2 − a = 0 ⟹ a = 2
Valorile căutate sunt a ∈ { − 3 , 2 } a \in \{-3, 2\} a ∈ { − 3 , 2 } .
(3 puncte)
2. Analiză Matematică - Calcul Integral (5p)
Se consideră funcția f : ( − 4 , + ∞ ) → R f: (-4, +\infty) \to \mathbb{R} f : ( − 4 , + ∞ ) → R , f ( x ) = 4 x x + 4 f(x) = \frac{4x}{\sqrt{x + 4}} f ( x ) = x + 4 4 x .
a) Calcul integrală simplă (5p)
Arătați că:
∫ 0 2 f ( x ) ⋅ x + 4 d x = 8 \int_0^2 f(x) \cdot \sqrt{x + 4} \, dx = 8 ∫ 0 2 f ( x ) ⋅ x + 4 d x = 8
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Simplificarea integrandului
f ( x ) ⋅ x + 4 = 4 x x + 4 ⋅ x + 4 = 4 x f(x) \cdot \sqrt{x + 4} = \frac{4x}{\sqrt{x + 4}} \cdot \sqrt{x + 4} = 4x f ( x ) ⋅ x + 4 = x + 4 4 x ⋅ x + 4 = 4 x
Integrala devine:
∫ 0 2 4 x d x = [ 2 x 2 ] 0 2 \int_0^2 4x \, dx = \left[ 2x^2 \right]_0^2 ∫ 0 2 4 x d x = [ 2 x 2 ] 0 2
(3 puncte)
Calculul numeric
[ 2 x 2 ] 0 2 = 2 ⋅ 2 2 − 2 ⋅ 0 2 = 2 ⋅ 4 = 8 \left[ 2x^2 \right]_0^2 = 2 \cdot 2^2 - 2 \cdot 0^2 = 2 \cdot 4 = 8 [ 2 x 2 ] 0 2 = 2 ⋅ 2 2 − 2 ⋅ 0 2 = 2 ⋅ 4 = 8
(2 puncte)
b) Calcul integrală prin schimbare de variabilă (5p)
Arătați că:
∫ 5 12 1 2 x ⋅ f ( x ) d x = 4 \int_5^{12} \frac{1}{2x} \cdot f(x) \, dx = 4 ∫ 5 12 2 x 1 ⋅ f ( x ) d x = 4
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Simplificarea expresiei de sub integrală
1 2 x ⋅ f ( x ) = 1 2 x ⋅ 4 x x + 4 = 2 x + 4 \frac{1}{2x} \cdot f(x) = \frac{1}{2x} \cdot \frac{4x}{\sqrt{x + 4}} = \frac{2}{\sqrt{x + 4}} 2 x 1 ⋅ f ( x ) = 2 x 1 ⋅ x + 4 4 x = x + 4 2
Scriem integrala sub formă direct integrabilă:
∫ 5 12 2 x + 4 d x = 4 ∫ 5 12 ( x + 4 ) ′ 2 x + 4 d x = [ 4 x + 4 ] 5 12 \int_5^{12} \frac{2}{\sqrt{x + 4}} \, dx = 4 \int_5^{12} \frac{(x + 4)'}{2\sqrt{x + 4}} \, dx = \left[ 4\sqrt{x + 4} \right]_5^{12} ∫ 5 12 x + 4 2 d x = 4 ∫ 5 12 2 x + 4 ( x + 4 ) ′ d x = [ 4 x + 4 ] 5 12
(3 puncte)
Evaluarea limitelor de integrare
= 4 12 + 4 − 4 5 + 4 = 4 16 − 4 9 = 4 ⋅ 4 − 4 ⋅ 3 = 16 − 12 = 4 = 4\sqrt{12 + 4} - 4\sqrt{5 + 4} = 4\sqrt{16} - 4\sqrt{9} = 4 \cdot 4 - 4 \cdot 3 = 16 - 12 = 4 = 4 12 + 4 − 4 5 + 4 = 4 16 − 4 9 = 4 ⋅ 4 − 4 ⋅ 3 = 16 − 12 = 4
(2 puncte)
c) Volumul corpului de rotație (5p)
Se consideră a ∈ ( 0 , + ∞ ) a \in (0, +\infty) a ∈ ( 0 , + ∞ ) și funcția g : [ a , a + 8 ] → R g: [a, a + 8] \to \mathbb{R} g : [ a , a + 8 ] → R , g ( x ) = f ( x ) 4 x g(x) = \frac{f(x)}{4\sqrt{x}} g ( x ) = 4 x f ( x ) . Determinați numărul real a ∈ ( 0 , + ∞ ) a \in (0, +\infty) a ∈ ( 0 , + ∞ ) pentru care volumul corpului obținut prin rotația graficului funcției g g g în jurul axei O x Ox O x este egal cu 4 π ( 2 − ln 2 ) 4\pi(2 - \ln 2) 4 π ( 2 − ln 2 ) .
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
Exprimarea funcției g g g și a formulei volumului
Avem:
g ( x ) = f ( x ) 4 x = 4 x 4 x x + 4 = x x + 4 g(x) = \frac{f(x)}{4\sqrt{x}} = \frac{4x}{4\sqrt{x}\sqrt{x + 4}} = \frac{\sqrt{x}}{\sqrt{x + 4}} g ( x ) = 4 x f ( x ) = 4 x x + 4 4 x = x + 4 x
Pătratul funcției este:
g 2 ( x ) = x x + 4 = x + 4 − 4 x + 4 = 1 − 4 x + 4 g^2(x) = \frac{x}{x + 4} = \frac{x + 4 - 4}{x + 4} = 1 - \frac{4}{x + 4} g 2 ( x ) = x + 4 x = x + 4 x + 4 − 4 = 1 − x + 4 4
Formula volumului este:
V = π ∫ a a + 8 g 2 ( x ) d x = π ∫ a a + 8 ( 1 − 4 x + 4 ) d x V = \pi \int_a^{a + 8} g^2(x) \, dx = \pi \int_a^{a + 8} \left( 1 - \frac{4}{x + 4} \right) \, dx V = π ∫ a a + 8 g 2 ( x ) d x = π ∫ a a + 8 ( 1 − x + 4 4 ) d x
Calculăm primitiva:
V = π [ x − 4 ln ( x + 4 ) ] a a + 8 = π ( ( a + 8 − a ) − 4 ( ln ( a + 12 ) − ln ( a + 4 ) ) ) V = \pi \left[ x - 4\ln(x + 4) \right]_a^{a + 8} = \pi \left( (a + 8 - a) - 4(\ln(a + 12) - \ln(a + 4)) \right) V = π [ x − 4 ln ( x + 4 ) ] a a + 8 = π ( ( a + 8 − a ) − 4 ( ln ( a + 12 ) − ln ( a + 4 )) )
= π ( 8 − 4 ln a + 12 a + 4 ) = 4 π ( 2 − ln a + 12 a + 4 ) = \pi \left( 8 - 4\ln\frac{a + 12}{a + 4} \right) = 4\pi \left( 2 - \ln\frac{a + 12}{a + 4} \right) = π ( 8 − 4 ln a + 4 a + 12 ) = 4 π ( 2 − ln a + 4 a + 12 )
(3 puncte)
Identificarea parametrului a a a
Egalăm cu valoarea dată în enunț:
4 π ( 2 − ln a + 12 a + 4 ) = 4 π ( 2 − ln 2 ) 4\pi \left( 2 - \ln\frac{a + 12}{a + 4} \right) = 4\pi (2 - \ln 2) 4 π ( 2 − ln a + 4 a + 12 ) = 4 π ( 2 − ln 2 )
Împărțind prin 4 π 4\pi 4 π :
2 − ln a + 12 a + 4 = 2 − ln 2 ⟺ ln a + 12 a + 4 = ln 2 ⟺ a + 12 a + 4 = 2 2 - \ln\frac{a + 12}{a + 4} = 2 - \ln 2 \iff \ln\frac{a + 12}{a + 4} = \ln 2 \iff \frac{a + 12}{a + 4} = 2 2 − ln a + 4 a + 12 = 2 − ln 2 ⟺ ln a + 4 a + 12 = ln 2 ⟺ a + 4 a + 12 = 2
Rezolvând ecuația rațională:
a + 12 = 2 ( a + 4 ) ⟺ a + 12 = 2 a + 8 ⟺ a = 4 a + 12 = 2(a + 4) \iff a + 12 = 2a + 8 \iff a = 4 a + 12 = 2 ( a + 4 ) ⟺ a + 12 = 2 a + 8 ⟺ a = 4
Cum 4 ∈ ( 0 , + ∞ ) 4 \in (0, +\infty) 4 ∈ ( 0 , + ∞ ) , soluția este a = 4 a = 4 a = 4 .
(2 puncte)