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 Zecimale (5p)
Arătați că:
3⋅(2,9−1,7)+0,4=4
📐 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:
2,9−1,7=1,2
Înmulțim cu 3:
3⋅1,2=3,6
(2 puncte)
-
Finalizarea adunării
3,6+0,4=4
(3 puncte)
2. Ecuație Liniară (5p)
Se consideră funcția f:R→R, f(x)=2x−1. Determinați numărul real m pentru care f(0)+f(m)=0.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Calculul valorilor f(0) și f(m)
- f(0)=2⋅0−1=−1
- f(m)=2m−1
(3 puncte)
-
Rezolvarea ecuației
Relația devine:
−1+2m−1=0⟺2m−2=0⟺2m=2⟺m=1
(2 puncte)
3. Ecuație Irațională (5p)
Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația:
3x+6=6
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Ridicarea la pătrat
Condiția de existență a radicalului este 3x+6≥0⟺x≥−2.
Ridicăm ambii membri la pătrat:
3x+6=62⟺3x+6=36
(3 puncte)
-
Aflarea soluției
3x=36−6⟺3x=30⟺x=10
Deoarece 10≥−2, soluția convine.
(2 puncte)
4. Calcul Procentual (5p)
Prețul unui obiect este de 500 de lei. Determinați prețul obiectului după o scumpire cu 30%.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Calculul valorii scumpirii
Scumpirea reprezintă 30% din prețul inițial:
10030⋅500=30⋅5=150 lei
(3 puncte)
-
Aflarea prețului final
500+150=650 lei
(2 puncte)
5. Geometrie Analitică (5p)
În reperul cartezian xOy se consideră punctele M(0,4), N(2,8) și P(4,0). Determinați distanța dintre mijlocul segmentului MP și punctul N.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Coordonatele mijlocului segmentului MP
Fie Q mijlocul segmentului MP:
xQ=2xM+xP=20+4=2,yQ=2yM+yP=24+0=2⟹Q(2,2)
(2 puncte)
-
Calculul distanței QN
QN=(xN−xQ)2+(yN−yQ)2=(2−2)2+(8−2)2=02+62=6
(3 puncte)
6. Teorema lui Pitagora (5p)
Se consideră triunghiul ABC, dreptunghic în A, cu BC=10 și 2BC=5AB. Arătați că AC=221.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Aflarea lungimii catetei AB
Din relația 2BC=5AB:
5AB=2⋅10=20⟹AB=520=4
(3 puncte)
-
Aplicarea teoremei lui Pitagora pentru cateta AC
În triunghiul dreptunghic ABC (∢A=90∘):
AC2=BC2−AB2=102−42=100−16=84
De unde:
AC=84=4⋅21=221
(2 puncte)
SUBIECTUL al II-lea (30 de puncte)
1. Matrice (5p)
Se consideră matricele:
I2=(1001),A(x)=(xx+1x−1x+1)
unde x este număr real.
a) Determinantul matricei A(1) (5p)
Arătați că det(A(1))=2.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Scrierea matricei A(1) și calculul determinantului
Pentru x=1:
A(1)=(11+11−11+1)=(1202)
Determinantul este:
det(A(1))=1202=1⋅2−0⋅2
(3 puncte)
-
Calculul numeric
det(A(1))=2−0=2
(2 puncte)
b) Relație liniară de matrice (5p)
Arătați că 2A(1)+A(7)=3A(3).
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Calculul membrului stâng
Avem:
A(1)=(1202)⟹2A(1)=(2404)
Pentru x=7:
A(7)=(7868)
Însumând:
2A(1)+A(7)=(2+74+80+64+8)=(912612)
(3 puncte)
-
Calculul membrului drept și concluzia
Pentru x=3:
A(3)=(3424)⟹3A(3)=3(3424)=(912612)
Cum ambii membri sunt egali, egalitatea este demonstrată.
(2 puncte)
c) Ecuație matriceală (5p)
Determinați numerele reale x și y pentru care (A(x)−(2x+1)I2)⋅A(2)=yI2.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Calculul diferenței și al produsului de matrice
Aflăm prima matrice din produs:
A(x)−(2x+1)I2=(x−(2x+1)x+1x−1x+1−(2x+1))=(−x−1x+1x−1−x)
Pentru x=2, matricea A(2) este:
A(2)=(2313)
Înmulțim cele două matrice:
(−x−1x+1x−1−x)(2313)=(2(−x−1)+3(x−1)2(x+1)+3(−x)1(−x−1)+3(x−1)1(x+1)+3(−x))
Efectuăm calculele:
- Rând 1, Coloană 1: −2x−2+3x−3=x−5
- Rând 1, Coloană 2: −x−1+3x−3=2x−4
- Rând 2, Coloană 1: 2x+2−3x=−x+2
- Rând 2, Coloană 2: x+1−3x=−2x+1
Obținem matricea:
(x−5−x+22x−4−2x+1)
(3 puncte)
-
Identificarea soluțiilor x și y
Avem:
yI2=(y00y)
Egalând cele două matrice:
(x−5−x+22x−4−2x+1)=(y00y)
Din elementele nediagonale:
2x−4=0⟹x=2
Verificăm al doilea element nediagonal: −2+2=0 (adevărat).
Pentru x=2, elementele de pe diagonala principală devin:
y=x−5=2−5=−3
Verificăm: −2(2)+1=−4+1=−3=y (adevărat).
Soluțiile sunt x=2 și y=−3.
(2 puncte)
2. Legi de Compoziție (5p)
Pe mulțimea numerelor reale se definește legea de compoziție:
x∗y=x+y−xy+1
a) Calcul direct (5p)
Arătați că 2∗3=0.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Înlocuirea valorilor în lege
2∗3=2+3−2⋅3+1
(3 puncte)
-
Calculul numeric
=5−6+1=0
(2 puncte)
b) Rezolvarea ecuației x∗5=10 (5p)
Determinați numărul real x pentru care x∗5=10.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Exprimarea legii
x∗5=x+5−x⋅5+1=−4x+6
(3 puncte)
-
Aflarea lui x
Ecuația devine:
−4x+6=10⟺−4x=10−6⟺−4x=4⟺x=−1
(2 puncte)
c) Determinarea numerelor naturale n (5p)
Determinați numerele naturale nenule n pentru care numărul N=n3∗(3+n) este natural.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Dezvoltarea expresiei numărului N
Aplicăm definiția legii:
N=n3+(3+n)−n3(3+n)+1
=n3+3+n−n9−3+1=−n6+n+1
(2 puncte)
-
Identificarea valorilor lui n∈N∗
Pentru ca N să fie număr întreg, trebuie ca n să dividă pe 6, adică n∈{1,2,3,6}.
Testăm fiecare divizor pentru a asigura condiția N∈N (N≥0):
- Pentru n=1: N=−16+1+1=−6+2=−4∈/N
- Pentru n=2: N=−26+2+1=−3+3=0∈N
- Pentru n=3: N=−36+3+1=−2+4=2∈N
- Pentru n=6: N=−66+6+1=−1+7=6∈N
Numerele naturale nenule cerute sunt n∈{2,3,6}.
(3 puncte)
SUBIECTUL al III-lea (30 de puncte)
1. Analiză Matematică - Calcul Diferențial (5p)
Se consideră funcția f:(0,+∞)→R, f(x)=x3−1+3lnx.
a) Calculul derivatei (5p)
Arătați că f′(x)=x23(x−1), pentru orice x∈(0,+∞).
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Derivarea termen cu termen
f′(x)=3⋅(x1)′−(1)′+3⋅(lnx)′=3⋅(−x21)−0+3⋅x1
=−x23+x3
(3 puncte)
-
Aducerea la numitor comun
=x2−3+3x=x23(x−1),∀x∈(0,+∞)
(2 puncte)
b) Calculul limitei la +∞ (5p)
Arătați că limx→+∞xf(x)=0.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Desfacerea raportului sau aplicarea regulii lui l’Hôpital
Deoarece limx→+∞f(x)=+∞ și limx→+∞x=+∞, suntem în cazul de nedeterminare [∞∞].
Aplicăm regula lui l’Hôpital:
x→+∞limxf(x)=x→+∞limx′f′(x)=x→+∞limx23(x−1)
(3 puncte)
-
Calculul limitei finale
=x→+∞lim3(x1−x21)=3(0−0)=0
(2 puncte)
c) Demonstrarea inegalității (5p)
Demonstrați că lnx≥1−x1, pentru orice x∈(0,+∞).
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Studiul monotoniei funcției f
Rădăcina derivatei este x=1:
- Pentru x∈(0,1], x−1≤0⟹f′(x)≤0, deci f este descrescătoare pe (0,1].
- Pentru x∈[1,+∞), x−1≥0⟹f′(x)≥0, deci f este crescătoare pe [1,+∞).
(2 puncte)
-
Deducerea inegalității din valoarea de minim
Punctul x=1 este punct de minim global pe (0,+∞):
f(x)≥f(1),∀x∈(0,+∞)
Calculăm f(1):
f(1)=13−1+3ln1=3−1+0=2
Așadar:
x3−1+3lnx≥2⟺3lnx≥3−x3
Împărțind prin 3:
lnx≥1−x1,∀x∈(0,+∞)
(3 puncte)
2. Analiză Matematică - Calcul Integral (5p)
Se consideră funcția f:(0,+∞)→R, f(x)=4x+3−6x.
a) Calcul integrală simplă (5p)
Arătați că:
∫12(f(x)−3+6x)dx=6
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Simplificarea integrandului
f(x)−3+6x=4x+3−6x−3+6x=4x
Integrala devine:
∫124xdx=[2x2]12
(3 puncte)
-
Calculul numeric
=2⋅22−2⋅12=8−2=6
(2 puncte)
b) Calcul integrală irațională (5p)
Arătați că:
∫14x4x−f(x)dx=12
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Simplificarea raportului de sub integrală
4x−f(x)=4x−(4x+3−6x)=−3+6x
Raportul devine:
x−3+6x=−x3+6
Integrala este:
∫14(−x3+6)dx=[−6x+6x]14
(3 puncte)
-
Evaluarea limitelor de integrare
=(−64+6⋅4)−(−61+6⋅1)=(−12+24)−(−6+6)=12−0=12
(2 puncte)
c) Convexitatea primitivelor (5p)
Demonstrați că orice primitivă G:(0,+∞)→R a funcției g:(0,+∞)→R, g(x)=f(x)⋅x este convexă.
📐 Rezolvare Pas cu Pas & Barem Oficial
Arată Rezolvarea Pas cu Pas
Barem și Etape de Calcul:
-
Relația dintre primitivă și derivata a doua
Fie G o primitivă oarecare a funcției g. Prin definiția primitivei:
G′(x)=g(x)=f(x)x,∀x∈(0,+∞)
Atunci derivata a doua a funcției G este:
G′′(x)=g′(x)
Dezvoltăm expresia lui g(x):
g(x)=(4x+3−6x)x=4xx+3x−6x=4x3/2+3x1/2−6x
Derivăm funcția g:
g′(x)=4⋅23x1/2+3⋅21x−1/2−6=6x+2x3−6
Aducem la numitor comun 2x:
g′(x)=2x12x+3−12x=2x12x−12x+3
(3 puncte)
-
Studiul semnului derivatei a doua și concluzia
Factorizăm numărătorul dând factor pe 3:
12x−12x+3=3(4x−4x+1)=3(2x−1)2
Prin urmare:
G′′(x)=2x3(2x−1)2
Pentru orice x∈(0,+∞), avem 2x>0 și (2x−1)2≥0, deci:
G′′(x)≥0,∀x∈(0,+∞)
Faptul că derivata a doua este mai mare sau egală cu 0 pe întregul domeniu implică faptul că orice primitivă G este o funcție convexă.
(2 puncte)