PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i...

98
s s P P R R O O B B L L E E M M E E S S D D E E S S E E L L E E C C T T I I V V I I T T A A T T ILLES BALEARS M M a a t t e e m m à à t t i i q q u u e e s s I I I I 2 2 n n d d e e B B a a t t x x i i l l l l e e r r a a t t Departament de Matemàtiques IES Alcúdia Proves 2005 ~ 2010 z B O P x R Q AB A C AC y

Transcript of PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i...

Page 1: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

PPrroovveess

22000055

22000099

PPRROOBBLLEEMMEESS

DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT IILLLLEESS BBAALLEEAARRSS

MMaatteemmààttiiqquueess IIII 22nn ddee BBaattxxiilllleerraatt DDeeppaarrttaammeenntt ddee MMaatteemmààttiiqquueess IIEESS AAllccúúddiiaa

Proves

2005

~

2010

z

B

O

P

x

R

Q

AB

A C AC

y

Page 2: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Page 3: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Nota de l’autor

En aquest dossier hi trobareu resoltes les proves de selectivitat de

l’assignatura Matemàtiques II que han tingut lloc durant els darrers cinc anys a les Illes Balears.

El model original de les proves és públic i accessible des de l’adreça

http://www.uib.es/ca/infsobre/estudis/acces/pau/materies_pau/index.htm. És recomanable que llegiu el sistema de puntuació, els criteris de qualificació i la puntuació parcial dels problemes. Aquest dossier és fruit del treball directe amb l’alumnat de 2n de Batxillerat de ciències. La intenció primera d’aquest material és la d’ajudar al nostre alumnat a superar amb èxit la prova de selectivitat de Matemàtiques II. Les solucions presentades s’han d’entendre com una proposta de resolució i mai com un model tancat per afrontar el problema. Per aquest motiu, s’ha intentat presentar solucions alternatives perquè l’alumne pugui valorar els diferents procediments. En alguns casos, es plantegen qüestions d’ampliació perquè l’alumnat interessat pugui aprofundir en la resolució de problemes. Per tal que l’alumnat pugui aprofundir en l’estudi de la geometria a l’espai, els problemes de geometria venen acompanyats amb vistes 3D amb les quals pot interactuar, experimentar i fer conjectures. Aquestes vistes són accessibles des de la pàgina

https://sites.google.com/site/matalcudia/recursos/geometria-dinamica Hi ha dues formes diferents d’utilitzar aquest material. Durant el curs, es poden anar seleccionant els problemes per temes (pàg. 7); o bé a final de curs, utilitzar-lo com a activitats de síntesi. Referent a la numeració dels problemes, 07S-B(3), per exemple, fa referència a l’any 2007, convocatòria de setembre, opció B, problema n. 3.

En l’elaboració d’aquest material, vull agrair especialment als meus companys de departament pels seus comentaris i lectura crítica del dossier. Així mateix, vull donar les gràcies als meus alumnes els quals m’han motivat a realitzar aquest treball, ajudat a millorar-ne la qualitat i corregir algunes errades. Juny 2010 Josep Mulet Pol Departament de Matemàtiques IES Alcúdia

Page 4: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

4 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Page 5: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

5

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Índex de continguts per any Selectivitat 2005 Pàg.

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 9

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 13

Prova de setembre (opció A)……...…………………………………………… 17

Prova de setembre (opció B)……...…………………………………………… 21

Selectivitat 2006

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 26

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 30

Prova de setembre (opció A)……...…………………………………………… 35

Prova de setembre (opció B)……...…………………………………………… 40

Selectivitat 2007

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 44

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 48

Prova de setembre (opció A)……...…………………………………………… 52

Prova de setembre (opció B)……...…………………………………………… 55

Selectivitat 2008

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 59

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 63

Prova de setembre (opció A)……...…………………………………………… 68

Prova de setembre (opció B)……...…………………………………………… 72

Page 6: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

6 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Selectivitat 2009

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 76

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 80

Prova de setembre (opció A)…………....……………………….................... 84

Prova de setembre (opció B)…………..………......…………….................... 87

Selectivitat 2010

Prova de juny (opció A)…………..……………………………….................... 92

Prova de juny (opció B)…………..……………………………….................... 95

Page 7: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

7

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Índex de continguts per tema Tema 1: Sistemes d’equacions. Mètode de Gauss

Sistemes d’equacions lineals (Gauss).............. 07J-B(1)

Tema 2: Àlgebra de matrius

Àlgebra de matrius............................................ 05S-B(1), 07S-A(1), 08S-A(1)

Equacions amb matrius..................................... 06S-A(1), 09S-A(1), 10J-B(1)

Tema 3: Determinants. Resolució de sistemes mitjançant

determinants

Propietats dels determinants........................ 08S-B(1)

Rang d’una matriu........................................ 07J-B(1), 09S-B(1), 10J-A(1)

Discussió d’un sistema................................. 05J-A(3), 05S-A(1), 06J-A(1), 06J-B(4),

06S-B(1), 07J-A(1), 07S-B(1), 08J-B(1),

09J-B(1)

Regla de Cramer.......................................... 06J-B(4), 08J-B(1)

Càlcul de la matriu inversa........................... 05J-B(4), 05S-B(1), 06S-A(1), 07S-A(1),

08J-A(1), 09J-A(1)

Tema 4: Geometria afí

Equació de la recta....................................... 05S-A(2), 06J-B(2), 07J-B(2), 07S-A(2),

09J-B(2)

Posició relativa de rectes.............................. 06S-A(2), 08J-A(2)

Posició relativa de plans…………………….. 05S-B(2), 09S-A(2)

Equació del pla............................................. 05J-A(2), 06S-B(2), 07S-A(2), 07J-B(2),

08J-B(2), 09S-B(2), 10J-B(2)

Producte vectorial.........................................

Vectors coplanaris. Producte mixt...............

08J-A(2)

09J-A(2)

Tema 5: Geometria mètrica

Distància entre dues rectes.......................... 06J-A(2), 10J-A(2)

Distància entre un pla i un punt.................... 06S-B(2), 07S-B(2), 08S-A(2), 09J-A(2)

Distància entre una recta i un punt……........ 05J-B(3), 08S-B(2)

Page 8: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

8 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Tema 6: Límits i continuïtat de funcions

Estudi de la continuïtat d’una funció............. 09J-A(3), 09S-B(4)

Teoremes de Bolzano i Rolle....................... 05J-A(4), 05S-A(4), 06S-A(3), 07S-B(4),

09J-B(3), 09S-A(4)

Asímptotes................................................... 07S-B(3), 09J-A(4)

Càlcul de límits............................................. 09S-A(3)

Tema 7: Derivades. Representació de funcions

Càlcul de la recta tangent a una corba......... 06J-A(3), 07J-A(3), 08S-B(4), 09S-B(3),

10J-A(3)

Estudi i gràfica d’una funció.......................... 05J-A(1), 05S-A(3), 05S-B(3), 06J-A(4),

07S-A(3), 08J-A(3), 08J-B(3), 08S-A(3),

08S-B(3), 10J-B(3)

Càlcul d’extrems d’una funció....................... 05J-B(2), 06J-B(1), 06S-A(4), 06S-B(3),

07J-B(3), 09S-A(3)

Tema 8: Càlcul de primitives

Càlcul d’una primitiva...................................

07J-A(4)

Tema 9: La integral definida

Càlcul de l’àrea d’un recinte......................... 05J-B(1), 05S-B(4), 06S-B(4), 07J-B(4),

08J-B(4), 08S-B(4), 09J-B(4), 09S-B(4)

10J-A(4)

Funció àrea…………………......................... 08J-A(4), 10J-B(4)

Page 9: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Juny 9

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2005-Juny-Opció A 05J-A(1). Es considera la funció

4

3)(

2

2

x

xxf . Es demana:

a) Trobar els intervals on la funció és creixent i on és decreixent. b) Calcular les asímptotes. c) Fer una gràfica de la funció.

Solució: a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada

0)4(

2

)4(

2)·3()4·(2)('

2222

22

x

x

x

xxxxxf

La derivada s’anul·la a x=0. Estudiem el signe de la primera derivada:

Hem de tenir en compte que x=-2 i x=2 no són del domini i no existeix f ’(x).

La funció és decreixent (0, 2) (2,+∞)

La funció és creixent (-∞,-2) (-2,0)

Hi ha un màxim relatiu a x=0, y=3/4.

b) Aquesta funció racional té dues asímptotes verticals a x=-2 i x=2.

Per determinar la posició relativa, hem de calcular els límits

0

1

4

32

2

2 x

xlím

x i

0

1

4

32

2

2 x

xlím

x

0

1

4

32

2

2 x

xlímx

i

0

1

4

32

2

2 x

xlímx

A més, té una asímptota horitzontal y=1, ja que

1

4

32

2

x

xlím

x, és a dir, la funció s’acosta a y=1 per damunt

1

4

32

2

x

xlím

x, és a dir, la funció s’acosta a y=1 per damunt

-2 0 2 x

Signe de f’(x) ++++++?+++0------?-------------------- ?=f’ no existeix

Page 10: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

10 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

c) Amb la informació que hem recopilat i amb la següent podem dibuixar la funció

Domini f(x)=R - {-2,2}

Talls amb l’eix X (y=0) : 73,13 x

Tall amb l’eix Y (x=0) : y=3/4=0.75

La funció és simètrica parell, f(-x)=f(x)

La funció no té punts d’inflexió ja que la segona derivada mai es fa zero

32

2

42

222

)4(

86

)4(

2)·4(2·2)4(2)(''

x

x

x

xxxxxf

Estudiant el signe de f’’(x) trobam la curvatura

f(x) és cóncava a (-∞,-2) (2,+∞)

f(x) és convexa a (-2, 2)

05J-A(2). Es consideren els punts A(3,0,0), B(0,2,0) i C(0,0,1). Es demana:

a) Trobar l’equació general del pla que els conté.

b) Trobar l’equació de la recta perpendicular a i que passa per l’origen de coordenades. Trobau també el punt d’intersecció de la recta amb el pla.

Solució: a) És evident que A, B, C no estan alineats (estan damunt els eixos de coordenades) i per tant determinen un pla. Necessitam dos vectors directors, per exemple,

)0,2,3(

AB i )1,0,3(

AC . L’equació vectorial del pla és:

)1,0,3()0,2,3()0,0,3(),,(: zyx

L’equació paramètricaés:

z

y

x

2

333

: .

Aïllant el paràmetre de la [2a] ide la [3a] i introduint-los en la [1a], trobam l’equació

general del pla 06632: zyx .

x

y

2

1

-1

-2

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Page 11: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Juny 11

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

a) Solució alternativa :

Si diem ),,( zyxP un punt genèric del pla, aleshores els vectors

APACAB ,, són

linealment dependents i el seu determinant és zero

06632

100

020

333

zyx

z

y

x

.

b) De l’equació general del pla, deduïm el vector normal )6,3,2(n

. La recta normal al

pla i que passa per O(0,0,0) és

r: 632

zyx , fent productes creuats

xz

yx

62

23

La intersecció del pla amb la recta, s’obté de resoldre el sistema 3x3

xz

yx

zyx

62

23

06632

la solució és 4936

4918

4912 ,, zyx que és el punt de tall.

05J-A(3). Resoleu el següent sistema d’equacions quan sigui compatible

determinat

11410

332

2

zykx

zyx

zyx

Solució:

Perquè el sistema 3x3 sigui compatible determinat, 3 MrangMrang .

Si rang M=3, vol dir que el determinant de la matriu del sistema ha d’ésser diferent de zero,

0142)4(2664

21

464

121

100

410

132

111

kkk

kk

M

El determinant s’anul·la quan k=7.

Si 7k : el sistema és compatible determinat, resolem per la regla de Cramer

0142

0

41011

133

1121

kM

x ;

[1ªcol][1ªcol] - [3ªcol]

[2ªcol][2ªcol] - [3ªcol]

Page 12: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

12 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

2

1

142

7

411

132

1211

k

k

kM

y ;

2

3

142

213

1110

332

2111

k

k

kM

z . Solució (0, 1/2, 3/2).

Si 7k : 2 MrangMrang , el sistema és compatible indeterminat.

Podem prescindir d’una de les equacions

114107

332

2

zyx

zyx

zyx

332

2

zyx

zyx diem z=

332

2

yx

yx

La solució és: zyx ,1,23 , per a tot real.

05J-A(4). Demostrau que l’equació 0123 xxx té una única arrel real.

Solució:

Considerem la funció 1)( 23 xxxxf .

f(x) és contínua, f(0)=-1<0 i f(1)=2>0 el teorema de Bolzano assegura que existeix almenys un c de (0,1) tal que f(c)=0. Per demostrar que l’arrel és única necessitam estudiar el creixement de la funció i utilitzar el següent resultat que s’obté dels teoremes de Bolzano i Rolle:

Si una funció f(x) verifica el teorema de Bolzano a l’interval [a,b], és derivable a l’interval (a,b), i a més, és creixent (o decreixent) dins tot l’interval, aleshores existeix un únic c de l’interval (a,b) tal que f(c)=0.

0123)(' 2 xxxf no té solució. És a dir, la funció no té extrems (màxims o

mínims). La funció és sempre creixent. Això ens assegura que només hi ha un tall amb l’eix X i que aquest es troba acotat a l’interval (0,1). Podem acotar la solució mirant canvis de signes

X 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

f(x) -1 -0,89 -0,75 -0,58 -0,37 -0,12 0,17 0,53 0,95 1,43

La solució està entre 0,5 i 0,6.

X 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 ····

f(x) -0,12 -0,1 -0,07 -0,04 -0,01 0,02 0,04 ····

La solució està entre 0,54 i 0,55.

x

f(x)

- 0 c

Page 13: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Juny 13

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2005-Juny-Opció B

05J-B(1). Calculau l’àrea del recinte limitat per la corba d’equació 12 xxy i

la recta d’equació 2 xy . Representau el recinte.

Solució: El recinte està delimitat per una paràbola i una recta. La paràbola té el vèrtex a xv=-1/2, yv=3/4. Els punts de tall entre les dues corbes

212 xxxy

12 x

Té com a solucions els punts de tall (x=-1,y=1) i (x=1,y=3). El dibuix mostra la regió i es comprova que la línia recta és per sobre de la paràbola en la regió d’interès.

..3

4)1

3

1(1

3

1

3112

1

1

31

1

2

1

1

2 auxx

dxxdxxxxA

05J-B(2). Trobau els extrems relatius de la funció xexxf 3)( . Calculau també

)(xflímx

i )(xflímx

.

Solució: Per trobar els extrems relatius, calcularem la primera derivada de la funció:

xxx exxexexxf )3(3)(' 3232

La condició 0)(' xf s’obté quan 03 32 xx , ja que e-x mai potser zero. Obtenim les

solucions x=0, x=3. Mirem el signe de la derivada primera per estudiar el creixement (s’ha de tenir en compte que e-x és sempre positiva)

La funció és decreixent (3,+∞)

La funció és creixent (-∞,-3)

Hi ha un màxim relatiu a x=3, y=27 e-31.34.

Notau que tot i que f’(0)=0, x=0 no és un extrem ja que la segona derivada

també es fa zero. Comprovem-ho:

xxx exxxexxexxxf )66()3()36()('' 23322

0 3 x

y

x - 0

Signe de f’(x) ++++++ 0++++++ 0-------------------

-

Page 14: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

14 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

efectivament f ’’(0)=0 (ens diu que x=0 hi ha un punt d’inflexió) i f ’’(3)<0 (ens

diu que x=0 hi ha un màxim).

A la segona part del problema hem de calcular els límits:

0

6663)(

233

xx

xx

xx

xx

x

x elím

e

xlím

e

xlímHôpital

e

xlímexlím

)·()( 33 eexlím x

x

Amb la informació que hem recopilat i amb la següent podem dibuixar la funció

Domini f(x)=R

Talls amb els eixos (x=0, y=0), l’origen de coordenades

La funció no és simètrica.

Regions: Si x>0, y>0 i si x<0, y<0

05J-B(3). Calcula la distància del punt P(-1,4,1) a la recta determinada per la

intersecció dels plans 012 zyx i 0232 zyx .

Solució: Comencem expressant la recta intersecció de dos plans en forma vectorial.

Cal resoldre el sistema següent dient z

z

y

x

solucióyx

yxz

zyx

zyx1

:322

12:

0232

012

Un punt genèric de la recta r és R(). Construïm el vector

)1,4,2()1,4,1(),,1(

PRPR . En el moment que el vector

director de la recta r, )1,1,1(

rd sigui perpendicular al vector

PR tindrem la distància

mínima. Si dos vectors són perpendiculars el seu producte escalar és zero

01420)1,1,1)·(1,4,2(0·

rdPR ,

solució 1 .

x

y

2

1

-1

-2

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Page 15: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Juny 15

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Quan 1 , el vector és )0,3,3(

PR i el seu mòdul 2399

PR que és

la distància entre el punt P i la recta intersecció dels dos plans. Solució alternativa: La distància d’un punt a una recta es pot obtenir directament de la fórmula

r

r

d

dAP

rPd

),( amb A un punt qualsevol de la recta r i dr un vector director.

Prenem com a valors: )1,4,2()0,0,1()1,4,1(

AP i )1,1,1(

rd .

Producte vectorial: )6,3,3(633

111

142

kji

kji

dAP r

Mòdul del p.v.: 54)6(33 222

rdAP

Mòdul del v.d.: 3111 222

rd

233

54),( rPd .

05J-B(4). Comprovau que la inversa de la matriu

111

120

211

A és la matriu

222

111

531

4

11A . Utilitzau-la per resoldre el sistema

3

2

1

z

y

x

A .

Solució:

Calcularem la matriu inversa a partir de determinants tAadj

AA

11

4

121

120

001

111

120

211

A

222

111

531

4

1

222

111

531

4

1

112

121

101

4

11 adjA

[2ªcol][2ªcol] + [1ªcol]

[3ªcol][3ªcol] – 2·[1ªcol]

Page 16: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

16 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Sabem que un sistema A·X=B es pot resoldre matricialment amb la matriu inversa, X=A-1·B, aleshores

0

1

2

0

4

8

4

1

3

2

1

·

222

111

531

4

1

z

y

x

La solució del sistema és x=2, y=1, z=0. Nota: El sistema d’equacions escrit en la forma usual és:

3

22

12

zyx

zy

zyx

Page 17: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Setembre 17

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2005-Setembre-Opció A

05S-A(1). Estudiau el sistema segons els valors de m i resoleu-lo per a m=-1.

1)1(

0

1

mmzymx

zmy

yx

Solució:

Expressam el sistema en forma matricial

1

0

1

11

10

011

mmm

mM .

Calculem el determinant de M

)1(

1

10

001

11

10

0112

mmmm

mm

m

mm

mM

El determinant s’anul·la quan m=0, m=1.

Si 1,0 mm , aleshores 3 MrangMrang (compatible determinat)

Si 0m , aleshores 2 MrangMrang (compatible indeterminat)

1

0

1

011

100

011

M

0

1

z

yx diem y=

0

1

z

y

x

Si 1m , aleshores 32 MrangMrang (incompatible)

2

0

1

121

110

011

M

1

0

1

000

110

011

Queda resoldre el sistema pel cas m=-1. Aplicarem el mètode de Gauss

2

1

1

0

1

002

110

011

0

0

1

101

110

011

zyxescalonat

[2ªcol][2ªcol]–[1ªcol]

[3ªfil] [3ªfil]–[1ªfil]-[2ªfil]

[3ªfil] [3ªfil]+[1ªfil]+[2ªfil]

Page 18: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

18 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

05S-A(2). Trobau l’equació de la recta que talla perpendicularment les rectes

r: zyx i s: 221 zyx .

Solució: Expressem les dues rectes en forma vectorial

r: )1,1,1(),,( zyx : punt R

s: )1,2,2()1,1,0(),,( zyx : punt S

les quals donen les coordenades d’un punt genèric de cada recta R i S. Considerem el vector

)1,21,2(

)1,1,1()1,21,2(

RSSR

En el moment que el tall amb les rectes sigui perpendicular, aquest vector

SR ha

d’ésser perpendicular al vectors director de la recta r, )1,1,1(

rd i també amb el de la

recta s, )1,2,2(

sd . Dos vectors són perpendiculars si el seu producte escalar és zero

0)1,1,1)·(1,21,2(·

rdSR

→ 035

0)1,2,2)·(1,21,2(·

sdSR

→ 159

Obtenim un sistema del qual resolem els valors de i

2

5,

2

3

Substituint aquests valors, trobam

Punt R : ),,(2

5

2

5

2

5R

Punt S : ),2,3(2

5S

Vector

SR : )0,,(21

21

SR

Llavors, la recta que ens demanen passa per R i S i té la direcció de

SR :

Forma contínua: 0

2

5

21

2

5

21

2

5

zyx

Forma general:

2

5

5

z

xy

Es tracta d’una recta continguda en el pla horitzontal z=5/2, per això cal especificar el valor de z per separat.

Page 19: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Setembre 19

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

05S-A(3). Es considera la funció ,ln

)(nx

xxf on n és un enter positiu.

Es demana: a) Trobar els extrems relatius d’aquesta funció

b) Calcular )(0

xflímx

, )(xflímx

c) Fer una gràfica de la funció en el cas n=2 Solució: a) Hem de cercar la primera derivada de la funció

12

1

2

1

·ln1)·ln1(

)(

··ln1

)('

nn

n

n

nn

x

xn

x

xnx

x

xnxxxxf

La condició f’(x)=0 es compleix quan nx /1ln , és a dir x=e1/n

Per estudiar el creixement, hem de tenir en compte que el domini és (0,+∞). Estudiem

doncs, el signe de f’(x)

La funció és creixent a (0, e1/n) i decreixent de (e1/n,+). Hi ha un màxim relatiu a x= e1/n, y=1 / (n·e).

b) Hem de calcular

)·(

0

ln

0n

x x

xlím ,

011

1

)(ln

1

n

xn

xn

x nxlím

nx

xlímHôpitalx

xlím

c) Pel cas n=2, el màxim es troba a ( e1/2, 1/(2e) ) (1.648, 0.184) Podem estudiar la curvatura i mirar si hi ha punts d’inflexió. Sabem f’’(x) per a n=2

3

·ln21)('

x

xxf

46

23

5ln63)ln21(

2

)(''x

x

x

xxxxxf

La condició f’’(x)=0 es compleix quan 05ln6 x , es a dir quan x=e5/6=2.3

La funció és convexa a (0, 2.3) i concava a (2.3, +∞). Hi ha un punt d’inflexió a

x=2.3, y=0.157

0 2.3 x

Signe de f’’(x) ------------- 0+++++++

0 e1/n x

Signe de f’(x ) ++++ 0-----------------

Page 20: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

20 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

05S-A(4). Enuncia el teorema de Rolle. Demostrau que la funció

axxxf 3)( compleix la hipòtesi d’aquest teorema a l’interval [0,1] qualsevol que

sigui el valor de a. Trobau el punt en el qual es compleix la tesi.

Solució: Teorema de Rolle: « Sigui f(x) una funció contínua a l’interval [a,b] i derivable a l’interval (a,b) tal que f(a)=f(b), aleshores existeix almenys un c de l’interval (a,b) tal que f ’(c)=0. »

La funció axxxf 3)( és una funció polinòmica, contínua i derivable a l’interval

[0,1]. f(0)=0-0+a=a

f(1)=1-1+a=a f(0)=f(1), per tant, existeix almenys un c de (0,1) tal que f’(c)=0. Anem a veure quin és el c que compleix la tesi.

013)(' 2 xxf 3/3x .

Donat que ens interessa un c entre 0 i 1, la resposta és c= 3/3 .

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

1

0.5

-0.5

-1

Page 21: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Setembre 21

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2005-Setembre-Opció B

05S-B(1). Una matriu quadrada es diu ortogonal si la seva inversa coincideix amb

la transposada. Es demana:

a) Demostrar que una matriu de la forma

cossin

sincos, R , és ortogonal.

b) Calcular x i y de manera que la matriu

y

x

00

10

001

sigui ortogonal.

Solució:

a) Anomenam

cossin

sincosA , hem de provar que

tAA 1.

La matriu transposada és

cossin

sincostA . La inversa es calcula de:

tt AadjA

AadjA

A

cossin

sincos

cossin

sincos

||

1

||

11

on el determinant de A és

1sincoscossin

sincos22

A .

b) Anomenam

y

xA

00

10

001

i la transposada

yx

At

0

010

001

El determinant de A val |A|=y. Si A ha de tenir inversa cal que 0y . En tal cas, la

inversa de A és

y

yxxy

y

yyx

adjy

AadjA

A t

/100

/10

001

100

0

001

0

010

0011

||

11

Imposant que tAA 1, trobam x=0 i y=1/y. Aquesta darrera equació dóna dues

posibilitats, (x=0, y=1) i (x=0, y= -1).

Page 22: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

22 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

05S-B(2). Estudia la posició relativa dels plans següents segons els valors de k:

1)12()2( zkyxk i 0)1(2 zykx .

Trobau l’equació continua de la recta d’intersecció dels plans en el cas k=-1.

Solució: Per estudiar la posició relativa dels dos plans cal estudiar el sistema aplicant el teorema de Rouché

0

1

1

12

12

12 k

k

kM

Considerem el menor 2x2

0)3(2)1)·(2(12

12

kkkk

k

k k=0 i k=3.

Si k=0

0

1

1

1

12

12M

21 MrangMrang Sistema incompatible (plans paral·lels)

Si k=3

0

1

1

7

22

11M

22 MrangMrang Sistema compatible indeterminat (plans secants)

Si k0 i k3

22 MrangMrang Sistema compatible indeterminat (plans secants)

---------------

La segona part del problema ens demanen en trobem la recta intersecció quan k=-1. En tal cas, els plans són:

022

13

zyx

zyx diem z=

yx

yx

22

13 solució

z

y

x

4

5

21

4

3

21

Aquesta darrera, és la recta intersecció en forma paramètrica. La mateixa recta en forma contínua és:

14

5

21

4

3

21 zyx

.

Solució alternativa a la 1a part: Obtenim fàcilment els vectors normals de cada pla:

)12,1,2(1 kkn

)1,1,2(2 kn

Page 23: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Setembre 23

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Estudiem quan els vectors normals són paral·lels (dos vectors són paral·lels si tenen les seves components proporcionals). Ha de passar

1

12

1

1

2

2

k

k

k

Fent els productes creuats

2)1)(2(

)12(2)2(

kk

kk

Té com a solució k=0. Per k=0 els plans poden ser paral·lels o coincidents. Per a k=0, els plans són:

02

12

zyx

zyx

doncs, els plans són paral·lels per a k=0. Si k és diferent de zero, els plans es tallen definint una recta.

05S-B(3). Es considera la funció ,)(2

xe

xxf es demana:

a) Trobar els extrems relatius d’aquesta funció

b) Calcular )(xflímx

, )(xflímx

c) Fer una gràfica de la funció Solució: a) Hem de cercar la primera derivada de la funció

xx

xx

e

xx

e

exexxf

)2(

)(

2)('

2

2

La condició f ’(x)=0 es compleix quan 0x i quan 2x .

Per estudiar el creixement, estudiem el signe de f ’(x)

La funció és creixent a (0,2) i decreixent de (-∞, 0) (2,+∞). Hi ha un màxim relatiu a

x=2, y=4/e20.54 i un mínim relatiu a x=0, y=0. b) Hem de calcular

)·(

0

2

xx e

xlím ,

0222

""2

x

xx

xx

x elím

e

xlímHôpital

e

xlím

0 2 x

Signe de f’(x ) ------------- 0++++0-----------------

Page 24: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

24 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

c) Podem estudiar la curvatura i mirar si hi ha punts d’inflexió. Necessitam f’’(x)

xe

xxxf

22)('

xx

xx

e

xx

e

exxexxf

24

)(

)2()22()(''

2

2

2

La condició f’’(x)=0 es compleix quan 0242 xx , es a dir quan x=0.586 i

x=3.414

La funció és convexa )414.3,586.0( a i cóncava a ),414.3()586.0,( . Hi ha dos

punts d’inflexió a (x=0.586, y=0.191) i (x=3.414, y=0.384)

Domini f = R

La funció sempre és positiva y>0

05S-B(4). Feu un dibuix de la regió limitada per la corba xxy ·cossin i les

rectes x=0, x=3/2, y=0. Calculau-ne l’àrea.

Solució: El problema es simplifica notablement si ens adonem de la igualtat trigonomètrica

)2sin(2

1·cossin2

2

1)( xxxxf

Es tracta de la funció sinus d’angle doble que oscil·la el doble de ràpid que la funció sinus. L’amplitud de l’oscil·lació és ½. La seva gràfica ve donada pel següent dibuix.

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0.586 3.414 x

Signe de f’’(x) +++++++++ 0 -------------0+++++

1

0.5

-0.5

Page 25: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2005 – Setembre 25

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Podem distingir 3 regions dues amb integral positiva i una negativa. Llavors,

2/3

2/

2/

0321 )()()(

dxxfdxxfdxxfAAAA

Donat que, en valor absolut, cada regió té igual àrea, l’àrea total és igual a 3 vegades l’àrea de la primera regió

..2

3)11(

4

3

2

2cos

2

3)2sin(

2

3)(33

2/

0

2/

0

2/

01 au

xdxxdxxfAA

x

y

0.5

-0.5

A1 A3

A2

Page 26: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

26 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2006-Juny-Opció A 06J-A(1). Digueu per a quins valors de k el següent sistema és compatible

indeterminat i resoleu-lo en aquest cas.

0

0

0)2()1(

kzykx

zyx

zkykkx

Solució: Es tracta d’un sistema homogeni. Expressem-lo el sistema en forma matricial

kk

kkk

M

1

111

21

i la matriu ampliada

0

0

0

1

111

21

kk

kkk

M

Quan el determinant de M és diferent de zero la solució és la trivial, x=0, y=0, z=0.

2)1(2

100

110

2122

10

110

2122

1

111

21

k

k

kkk

k

kkk

kk

kkk

M

Si 1k , sistema compatible determinat. Solució trivial, x=0, y=0, z=0.

Si 1k , tenim que 32 MrangMrang ; el sistema és compatible

indeterminat

0

0

0

111

111

101

M prescindim de la [3a]

0

0

zyx

zx

0y

zx

Solució: x , 0y , z per a tot real.

06J-A(2). Donat un cub (hexàedre regular) de costat 1 dm, es considera una de

les seves diagonals i la diagonal d’una de les cares de manera que no tinguin (les dues diagonals) cap punt en comú. Calcula la distància entre les diagonals. Indicació: dibuixau el cub amb un vèrtex a l’origen de coordenades i els vèrtexs contigus sobre els eixos de coordenades. Solució:

[1ªcol][1ªcol]–[3ªcol] [3ªfila][3ªfila][2ªfila]

Page 27: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Juny 27

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Es tracta de cercar la distància entre dues rectes que es creuen. En primer lloc hem de trobar els vectors directors de les dues rectes

recta r: )0,1,1()0,0,1()0,1,0(

ABABu

recta s: )1,1,1()0,1,1()1,0,0(

CDCDv

Anomenam s al pla que conté la recta s i és

paral·lel a la recta r. L’equació vectorial d’aquest pla és

s : )1,1,1()0,1,1()0,0,1(),,( bazyx

Eliminant a i b, obtenim el pla en forma general o implícita

s : 012 zyx

La distància entre les dues rectes és igual a la distància entre el pla i la recta r. Ja que són paral·lels, és el mateix que calcular la distància entre el pla i un punt qualsevol de la recta r

408,06

6

6

1

211

|11·200|),(),(),(

222

ss rDdrdsrd

Solució alternativa: La distància entre dues rectes a partir d’un punt i un vector director de cada recta s’obté directament de la fórmula:

||

|)·(|),(

vu

vuADsrd

producte mixt: 1

111

010

100

111

011

101

)·(

vuAD

producte vectorial: kji

kji

vu

211

111

011

→ 6211|| 222 vu

Llavors, la distància és 6

6

6

|1|),(

srd .

06J-A(3). Demostrau que la corba d’equació 1234 xxxxy no té cap

punt d’inflexió. Cercau l’equació de la recta tangent a la corba en el punt (x0,y0) on x0 és el valor de x que fa mínima y’’.

x

z

O

s A

B

C

r

y

D

[1ªcol][1ªcol]+[2ªcol]+ [3ªcol]

Page 28: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

28 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Solució: Per estudiar la curvatura necessitam calcular la derivada segona de la funció

1234 xxxxy 1234' 23 xxxy 2612'' 2 xxy

Els punts d’inflexió es troben quan la segona derivada es zero

02612 2 xx

però aquesta equació de segon grau no té solució perquè el discriminant és negatiu

.0602·12·4)6( 2 No hi ha punts d’inflexió.

Per fer la segona part del problema necessitam el punt (x0,y0) on x0 és el valor de x

que fa mínima y’’. Donat que 2612'' 2 xxy és una paràbola, x0 correspon al seu

vèrtex 41

246

0 x .

El valor de y0 es troba substituint x0 a la funció

256205

412

413

414

41

0 1y

i el valor del pendent substituint x0 a la derivada

85

412

413

41

0 1234)(' xym

L’equació punt-pendent de la recta tangent és

)(41

85

256205 xy .

Finalment, l’equació explícita de la recta és

256245

85 xy .

06J-A(4). Considera la funció

xe

xxf

2)1()(

. Calculau )(xflím

x i )(xflím

x .

Trobau-li els extrems locals i els punts d’inflexió. Feu una gràfica aproximada d’aquesta funció. Solució:

022)1(2)1(

)(2

xxxxxxx elím

e

xlím

e

xlímxflím

0

)1()(

2

xxx e

xlímxflím

Per trobar els extrems relatius, necessitam la primera derivada

xx

xx

e

x

e

exexxf

2

2

2 1)1()1(2)('

/

Hôpital Hôpital

Page 29: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Juny 29

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

La primera derivada s’anul·la a x=-1 i x=1. Estudiam el signe de f’(x)

f(x) és creixent a (-1,1), f(x) és decreixent a (-∞,-1)(1,+∞) Tenim un mínim relatiu a x=-1, y=0 Tenim un màxim relatiu a x=1, y=4/e=1,47 Per estudiar la curvatura, hem de calcular la segona derivada:

xx

xx

e

xx

e

exexxf

12)·1(·2)(''

2

2

2

Els punts d’inflexió s’obtenen quan la segona derivada s’anul·la

0122 xx 41,021

41,221

x

x

Estudiam el signe de f’’(x)

f(x) és convexa a (-0.41, 2.41), f(x) és cóncava a (-∞,-0.41)(2.41,+∞)

Talls amb els eixos: Talls amb OX: y=0 , x=-1, P(-1,0) Talls amb OY: x=0 , y=1, P(0,1) Regions: La gràfica només abarca la part positiva de l’eix Y ja que f(x)>0 Domini: El domini de la funció és tot R, no té asímptotes verticals. Gràfica:

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

2

1

-1

-2

Signe de f’’(x) ---------0+++++++++++ 0-------------------

-0,41 2,41 x

-1 1 x

Signe de f’(x)-----0++++++++++ 0---------

Page 30: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

30 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2006-Juny-Opció B 06J-B(1). Es considera la funció

cbxxeaxf 2

)( amb a>0. Calculau els

paràmetres a, b, c sabent que la funció té un mínim relatiu en el punt (1,a) i f(0)=1. Solució: Amb la informació que tenim, sabem que els punts (1,a) i (0,1) han de ser punts de la funció

cbeaa 1 01 cb cea 001 1cea

D’altra banda, si hi ha un mínim relatiu a x=1, la derivada s’ha d’anul·lar

cbxxebxaxf 2

)2()('

0)2()1(' 1 cbebaf b=-2

Substituint dins la primera equació que hem trobat 021 c c=1

Substituint dins la segona equació 1· ea a=1/e

En conclusió, la funció que satisfà les condicions és xxxx ee

exf 212 221)( .

06J-B(2). De totes les rectes que passen pel punt P(0,2,-1), cercau la que talla

les rectes r: )0,1,2()2,1,1(),,( tzyx i s: )2,1,3()1,1,0(),,( szyx .

Solució: Calcularem el pla que conté la recta r i passa pel punt

P (r,P). De la mateixa manera el pla que conté la recta

s i passa pel punt P (s,P). La intersecció d’aquests dos plans és la recta cercam [vegeu línia punteja en el dibuix]. Siguin R(1,1,2) un punt de r i S(0,1,1) un punt de s. Calculem els vectors:

)2,1,0(

SP i )3,1,1(

RP

El pla (r,P): )3,1,1()0,1,2()2,1,1(),,( tzyx

El pla (s,P): )2,1,0()2,1,3()1,1,0(),,( zyx

Per cercar la intersecció, necessitam cada pla en forma implícita o general

x

y

z

r

R

RP

S

P s SP

s,P

r,P

t

Page 31: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Juny 31

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

El pla (r,P): 01163

302

111

121

zyx

z

y

x

El pla (s,P): 09364

221

111

030

zyx

z

y

x

La recta intersecció dels dos plans expressada en forma general és

t:

09364

01163

zyx

zyx

Si volem la forma paramètrica, necessitam resoldre el sistema deixant z= com a un paràmetre lliure

Recta t:

10

6

5

6

17

22

z

y

x

Aquesta recta té com a vector director 1,,26

5 o be, multiplicant per -6, 6,5,12 d

.

Un punt de la recta és 0,,26

17 .

Solució alternativa: Anomenem A un punt genèric de la recta r, aleshores les components del punt són A(1+2t, 1-t, 2). Igualment, un punt de la recta s, B(-3s, 1+s, 1+2s) En el moment que estiguem sobre la recta que talla r i s, els punts A, B, P estaran alineats [vegeu dibuix]. La condició d’alineament és que els vectors

)3,1,12()1,2,0()2,1,21(

ttttPAPA

)22,1,3()1,2,0()21,1,3(

ssssssPBPB

siguin linealment dependents (mateixa direcció). En tal cas, les components són proporcionals:

3

22

1

1

12

3

s

t

s

t

s

Fent productes creuats, arribam al sistema d’equacions per a trobar s i t

)22)·(1(33

)22)·(12(9

sts

sts

x

y

z

r

A

PA

B

P s PB

t

Page 32: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

32 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Fent els productes i simplificant

0352·2

02114·4

stst

stst

Fent reducció (la primera – 2·la segona), s’obté la solució 4s , 2/7t .

Substituïnt aquests valors dins els A, B trobam els dos punts de tall

)7,3,12( A i )2,,6(2

9B

D’altra banda, substituint dins els vectors directors

)3,,6(2

5

PA i )6,5,12(

PB que són, efectivament, proporcionals.

La recta que ens demana el problema, agafant

PB com a vector director i P com a punt és

Recta t: 6

1

5

2

12

0

zyx.

Comprovam que el punt 0,,26

17 pertany a la recta.

06J-B(3). Calcula l’àrea de la regió limitada per les corbes 125 xxy i

15 xxy .

Solució: Per trobar d’on a on s’estén la regió hem de trobar els punts d’intersecció entre les dues corbes

11 525 xxxx

simplificant

02 xx solucions x=-1 i x=0

L’àrea de la regió compresa entre les dues corbes és

dxxgxfA 0

1|)()(| .

Hem de fer la integral del valor absolut de la diferència. Per això, convé agafar la diferència entre la corba superior – corba inferior i així ens asseguram que la diferència és positiva en aquest interval:

x

y

-1 0 1

A=1/6 125 xxy

15 xxy

Page 33: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Juny 33

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

)()1(1)()( 2255 xxxxxxxgxf

6

1

2

1

3

10

23

0

1

230

1

2

xx

dxxxA u.a.

06J-B(4). Discutiu el rang de la matriu

031

21

11

k

k

A segons el valor de k.

Resoleu el sistema

3

2

1

AX quan sigui compatible determinat.

Solució: Si el determinant de A no és zero el rang és 3. Calculem el determinant de A

53)13(531

1

31

211

031

21

112

kkkkk

kk

k

A

Mirem per a quins valors de k s’anul·la el determinant

053 2 kk

6

161

6

161

k

k

Si k és diferent d’aquests dos valors, aleshores rang A=3

Si k és igual a algun d’aquests valors, aleshores rang A=2, ja que existeix un

menor d’ordre 2 no nul, per exemple: 0531

21

Signe de f(x)-g(x) ------------0++++++++0--------------------

-1 0 x

Page 34: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

34 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

El cas compatible determinat correspon al cas 3 ArangArang . El sistema és

resoluble per la regla de Cramer

0

033

22

1111

kA

x (un determinat amb 2 columnes iguals és zero)

11

031

21

111

AA

k

k

Ay

0

331

221

111

k

Az (un determinat amb 2 columnes iguals és zero)

Solució (0,1,0) per a qualsevol valor de k.

Page 35: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Setembre 35

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2006-Setembre-Opció A

06S-A(1). Es consideren les matrius

100

212

111

A i

111

110

100

B . Calcula

la matriu X que verifica AX+B=, on representa la matriu identitat.

Solució:

Hem d’aïllar la matriu X de l’equació matricial AX+B=. Passam B restant a l’altra

membre, AX=B, i multiplicam cada membre (per l’esquerra) per la inversa de A

A-1 AX= A-1 B)

Tenint en compte que A-1 A= , i que X= X, ja tenim X aïllada

X= A-1 B) Per calcular el seu valor necessitam saber A-1

100

0

1

300

012

311

3

1

121

011

021

||

1

||

131

32

31

31

1 adjA

AadjA

A t

on el determinant de A és 312

11·1

100

212

111

||

A

D’altra banda

011

100

101

111

110

100

100

010

001

BI

finalment

011

0

1

011

100

101

·

100

0

1

31

32

32

34

31

32

31

31

X

06S-A(2). Estudiau, segons els valors del paràmetre k, la posició relativa de les

rectes r: 212

1 z

k

ykx

i s: 2

1

2

1

z

y

k

x.

Solució:

Page 36: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

36 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Siguin R(k,-1,0), u

(1,2k-1,2), S(0,2,-2) i v

(k+1,-1,1) un punt i un vector director de

cada recta. Cercarem si hi ha algun valor de k pel quals els vectors són paral·lels

1

2

1

12

1

1

k

k

fent productes en creu

212

1)1(2

k

k

2

1 k

Si 2/1k les rectes són paral·leles o coincidents. En aquest cas les rectes són

r: 22

1

121 zyx

i s:

1

2

1

2

21

zyx

Basta comprovar si el punt (0,2,-2) de la recta s pertany o no a la recta r. Per força, les rectes són paral·leles.

Ara consideram el vector )23( -,-k,RSRS

, juntament amb els vectors directors

de les dues rectes u

(1,2k-1,2) i v

(k +1,-1,1), i analitzam el determinant

010

30

1112

010

22112

1112

012

22112

111

212

3112

11

kk

kkk

kk

kkk

kk

kk

k

kk

)3)·(12( kk

El determinant és fa zero quan k=-1/2 i k=-3.

El cas k=-1/2 l’hem discutit abans; hem vist que les rectes són paral·leles

El cas k=-3, correspon al cas de rectes secants; es tallen en un punt

Finalment, si 2/1k i 3k les rectes es creuen sense tallar-se.

Aprofundeix: Et proposem que trobis el punt d’intersecció de les rectes quan k=-3. En primer lloc, cal expressar les rectes en forma general (fent productes creuats) i discutir un sistema d’equacions

r:

2)12(2

22

zky

kzx s:

0

)1(2)1(

zy

kzkx

Cal discutir el sistema format per les 4 equacions en funció del paràmetre k. Expressem-lo en forma matricial (per a k=-3)

[3ªcol][3ªcol]+[1ªcol]

[1ªcol] [1ªcol]-2[2ªcol]

[2ªfila][2ªfila]+[1ªfila]

Page 37: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Setembre 37

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

0

4

2

6

110

201

720

102

M

Eliminam una equació ja que, en aquest, cas és supèrflua. Ara el sistema és resoluble per la regla de Cramer

5

16

110

204

7221

M

x

5

2

100

241

7201

M

y on 5

110

201

720

M

5

2

010

401

2201

M

z

Punt d’intersecció (-16/5, 2/5, -2/5).

06S-A(3). Demostrau raonadament que l’equació xxxx cossin2 té

exactament dues arrels dins l’interval [-].

Solució:

Definim la funció )cossin()( 2 xxxxxg . El problema és equivalent a cercar els

zeros de la funció )(xg .

Resulta que )(xg és una funció contínua de [-] i presenta els següents canvis de

signe. Pel teorema de Bolzano:

01)0cos0sin0(0)0(

01))cos()sin(()(

2

22

g

g

0)( que tal

0,un almancoExisteix

cg

c

01)cossin()(

01)0cos0sin0(0)0(

22

2

g

g

0)( que tal

,0un almancoExisteix

cg

c

Per demostrar que hi ha exactament una única solució dins cada subinterval (-,0) i

(,0) utilitzarem el següent teorema que es dedueix del teorema de Rolle

Page 38: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

38 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Si una funció g(x) verifica el teorema de Bolzano a l’interval [a,b], és derivable a l’interval (a,b), i a més, és creixent (o decreixent) dins tot l’interval, aleshores existeix un únic c de l’interval (a,b) tal que g(c)=0.

La derivada de g(x) és )cos2(cos2)sincos(sin2)(' xxxxxxxxxxxg

Donat que 2 - cos x és sempre positiu, el signe de g’(x) és

0)(' xg a )0,(x : sempre decreix

0)(' xg a ),0( x : sempre creix

Donat que la funció es sempre creixent o decreixent dins cada interval, l’equació té exactament dues arrels. És

més, una arrel a l’interval (-,0) i l’altra a (,0). Donat que la funció és parell g(-x)=g(x), les solucions seran de la forma c, -c. Aprofundeix: Et proposam que, mitjançant el teorema de Bolzano, vagis acotant l’arrel positiva. IMPORTANT: Quan treballis amb funcions trigonomètriques recorda que has de tenir la calculadora en mode RAD.

X 0 1 2 3 ...

g(x) -1 -0,38 2,59 9,56 ... c entre 1 i 2

X 1,1 1,2 1,3 1,4 ...

g(x) -0,22 -0,041 0,169 0,41 ... c entre 1,2 i 1,3

X 1,21 1,22 1,23 1,24 ...

g(x) -0,021 -0,0009 0,019 0,040 ... c entre 1,22 i 1,23

La solució amb una precisió fins els centèsims és c=1,22. Per simetria c=-1,22 també és una altra solució.

06S-A(4). Una funció polinòmica de tercer grau, quants de extrems relatius pot

tenir com a màxim? Què podem dir dels punts d’inflexió? Raonau les respostes i donau exemples aclaridors.

Solució: Considerem una funció polinòmica de tercer grau (funció cúbica) general

dcxbxaxy 23

on a, b,c,d són nombres reals, i a és diferent de zero. Una condició necessària per l’existència d’extrems relatius és que la derivada s’anul·li

023' 2 cbxaxy

Trobam una equació de segon grau que pot tenir com a màxim dues solucions, per tant, com a màxim una funció cúbica té 2 extrems.

x

g(x)

- c1 0 c2

Page 39: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Setembre 39

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Una condició necessària per trobar punts d’inflexió és que la segona derivada s’anul·li

026'' baxy

Veim que aquesta equació de primer grau sempre té una solució, aleshores, una funció cúbica sempre té exactament un punt d’inflexió.

Page 40: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

40 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2006-Setembre-Opció B 06S-B(1). Calculau m de manera que el sistema homogeni

013

07

042

zymx

zyx

zmyx

tingui solucions diferents de la trivial i resoleu-lo en aquest cas. Solució: Un sistema homogeni té solucions diferents a la trivial si el determinant del sistema és zero, i per tant, el sistema compatible indeterminat.

3697)47)(1(20)·2(

1311

710

42

131

711

42

|| 2

mmmmm

m

mm

m

m

M

L’equació 03697 2 mm té dues solucions

3

7

12

m

m.

Amb això ja podem discutir i resoldre el sistema

Si 3m i 7

12m ; sistema compatible determinat, solució trivial x=y=z=0

Si 3m ; sistema compatible indeterminat (podem eliminar una equació)

0133

07

0432

zyx

zyx

zyx

diem z=

133

7

yx

yx solució:

z

y

x

2

5

Si 712m ; sistema compatible indeterminat (podem eliminar una equació)

013

07

042

712

712

zyx

zyx

zyx

diem z=

91712

7

yx

yx solució:

z

y

x

35

28

per a qualsevol valor del paràmetre real .

[1ªcol][1ªcol]-[2ªcol]

Desenvolupa 1ª col en menors

Page 41: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Setembre 41

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

06S-B(2). Cercau l’equació implícita (o general) del pla que conté la recta

)2,1,1()12,1(),,( kzyx i és paral·lel a la recta que passa pels punts A=(0,1,2) i

B(1,-1,1). Calculau la distància de l’origen de coordenades a aquest pla. Solució: El pla que ens demanen passa pel punt P(1,2,-1) i té com a vectors directors (-1,1,2) i

el vector )1,2,1()2,1,0()1,1,1(

ABAB .

L’equació vectorial del pla és: )1,2,1()2,1,1()12,1(),,( zyx

L’equació paramètrica del pla és:

21

22

1

z

y

x

l’equació general o implícita del pla: 043

121

212

111

zyx

z

y

x

.

Amb aquesta equació, calcular la distància del pla a l’origen O(0,0,0) és fàcil

11

114

11

4

113

4000·3),(

222

Od .

06S-B(3). Es considera la funció )()( kxexf x . Demostrau que per a

qualsevol valor del paràmetre k, la funció presenta un únic extrem relatiu. Feu una

gràfica de la funció si sabem que 1)0( f .

Solució: Per demostrar que la funció presenta un únic extrem relatiu, necessitam calcular la derivada primera, i mirar que s’anul·la per un valor de x

)()( kxexf x 0)1(1·)()(' kxeekxexf xxx,

donat que xe no pot ser mai zero, veim que 01 kx , i per tant, 1 kx és un

extrem relatiu. Per saber si és un màxim o mínim, calculam la segona derivada

)2(1·)1()('' kxeekxexf xxx

Page 42: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

42 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Si calculam la segona derivada a l’extrem 0)21()1('' 11 kk ekkekf , la

segona derivada és positiva, aleshores es tracta sempre d’un mínim. La signe de la segona derivada ens dóna la curvatura.

0)2()('' kxexf x 2 kx és un punt d’inflexió

Estudiem el signe de f’’(x)

f(x) és convexa a )2,( k i f(x) és cóncava a ),2( k

La segona part del problema ens demana representar la funció si sabem que f(0)=1.

Si 1)0()0( 0 kkef , vol dir que k=-1. Si particularitzam el que hem trobat per

aquest valor de k

Mínim relatiu a (-2,-e-2) (-2, -0.14)

Punt d’inflexió a (-3,-2e-3) (-3, -0.1)

Tall amb l’eix OX (y=0) x=-1

Tall amb l’eix OY (x=0) y=1

0)(xflím

x i

)(xflím

x

06S-B(4). Calculau l’àrea de la regió limitada per la corba )2)(1( xxxy i la

recta y=0. Feu un dibuix d’aquesta regió.

Solució: Comencem fent un dibuix aproximat d’aquesta regió. Hem de representar la funció

)2)(1( xxxy o, el que és el mateix, xxxy 23 23 .

Talls amb l’eix OX (y=0): 0)2)(1( xxx 2,1,0 xxx

Talls amb l’eix OY (x=0) y=0

Signe de la funció en cada interval

Extrems. La derivada s’anul·la quan 0263' 2 xxy x0.42 i x1.57

Màxim (0.42, 0.385 ) Mínim (1.57, -0.385)

0 1 2 x

Signe f(x) ---------0 +++ 0 ------- 0 +++++

k-2 x

Signe de f’’(x) ------------ 0 +++++++++

x

y

2

1

-1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

Page 43: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2006 – Setembre 43

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Amb la informació que tenim podem dibuixar la regió. Veim que consta de dues parts A1 i A2

2

1

1

021 )()( dxxfdxxfAAA

4

1)

4()23(

1

0

234

1

0

23

1 xxx

dxxxxA

4

1)

4()23(

2

1

234

2

1

23

2 xxx

dxxxxA

sumant les dues regions

2

1

4

1

4

121 AAA u.a.

x

y

A1

A2

-2 -1 0 1 2 3 4

2

1

-1

-2

Page 44: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

44 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2007-Juny-Opció A 07J-A(1). Discutiu el següent sistema segons els valors del paràmetre k i resoleu-

lo quan k=-1

1)1(

2)1(

zykx

kzyxk

kzyx

Solució: Expressam el sistema en forma matricial

111

111

111

k

kM i la matriu ampliada

1

2

111

111

111

k

k

k

kM

Calculem el determinant de M

2

10

10

100

111

111

111

k

k

k

k

kM

Si 0k , 3 MrangMrang . Sistema compatible determinant

Si 0k , el sistema queda:

1

2

1

111

111

111

M el 21 MrangMrang . Sistema incompatible

Hem de resoldre pel cas k=-1, el sistema és resoluble pel mètode de Gauss

1

2

1

101

110

111

M

2

2

1

010

110

111

0

2

1

100

110

111

El sistema escalonat té solució: x=1, y=-2, z=0. Aprofundeix:

Et proposam que resolguis el sistema en general, per a qualsevol 0k , utilitzant la

regla de Cramer. Comprova les teves solucions:

k

kk

k

kzyx

)1)(1()1(,,1

.

[1ªcol][1ªcol]-[3ªcol]

[2ªcol][2ªcol]-[3ªcol]

[3ªfila][3ªfila]-[1ªfila]

[3ªfila][3ªfila]+[2ªfila]

Page 45: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Juny 45

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

07J-A(2). Es considera el triangle de vèrtexs A(0,0,1), B(2,0,0), C(1,1,1). Quina

és la intersecció dels (tres) plans que passant per cada vèrtex són perpendiculars a la recta determinada pels altres dos? Solució: Donats els tres punts A, B, C, calculem els vectors

)1,1,1(

)0,1,1(

)1,0,2(

CBCB

ACAC

ABAB

Anomenem A al pla que passa per A i és

perpendicular al vector

CB . Llavors

CB és el

vector normal del pla, la qual cosa vol dir que el

pla A es pot escriure com

A: 0·1·1·1 Dzyx

Per trobar D, imposam que el pla passi per A(0,0,1). Substituint el punt dins el pla

01·10·10·1 D

trobam D=1, aleshores

A: 01 zyx

De manera semblant trobam el pla que passa per B i es perpendicular a

AC

B: 02 yx

i el pla que passa per C i es perpendicular a

AB

C: 012 zx

Per trobar la intersecció dels tres plans hem de resoldre el sistema

1

2

1

102

011

111

:

:

:

C

B

A

3

3

1

120

120

111

El sistema és compatible indeterminat

Els tres plans es tallen format en una recta

32

1

zy

zyx diem y=

23

2

z

y

x

L’equació vectorial d’aquesta recta és:

r: )21,1()3,0,2(),,( zyx .

[2ªfila][2ªfila]-[1ªfila]

[3ªfila][3ªfila]-2[1ªfila]

x

y

z

A

B

C

r

A

B

C

Page 46: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

46 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Aprofundeix: Troba el punt de tall de la recta amb el triangle. El triangle està contingut dins del pla que passa per A, B i C. L’equació d’aquest pla és

A,B,C: )0,1,1()1,0,2()0,0,2(),,( stzyx

i, en el punt de tall, ha d’ésser igual a l’equació de la recta

)21,1()3,0,2(),,( zyx )0,1,1()1,0,2()0,0,2( st

Iguala component a component i troba els valors dels paràmetres. Comprova que t=-1,

s=1, =1. Llavors, el punt de tall és (1,1,1), és a dir el punt C que ens donaven. Si observes l’esquema de la pàgina anterior, la recta r passa pel punt on es tallen les tres altures del triangle, és a dir, el punt C és l’ortocentre del triangle ABC.

07J-A(3). Demostrau que la corba xxxf cos2)( té un punt d’inflexió a

l’interior de l’interval [0,] i trobau l’equació de la recta tangent a la corba en aquest punt. Feu un dibuix en un entorn del mateix punt. Solució: Necessitam calcular les derivades de la funció:

xxxf cos2)( xxf sin21)(' xxf cos2)(''

Per saber el creixement, estudiem el signe de f ’(x)

La funció és creixent a tot l’interval [0,].

Per trobar el punt d’inflexió, miram quan s’anul·la la derivada segona 0cos2 x

2

x , dins l’interval [0,]. Per saber la curvatura, estudiem el signe de f ’’(x)

La funció és còncava a i convexa a . Hi ha un punt d’inflexió a x=. Amb aquesta informació podem fer un dibuix aproximat de la funció i passar a calcular la recta tangent en el punt d’inflexió.

x

signe de f’(x) :+++++++++++++++

x

signe de f’’(x):+++++++0--------------

Page 47: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Juny 47

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

x

P

:

s

tangent

corba y

x

y

2

1

-1

-2

- El punt de la recta (punt d’inflexió) és:

x = /2, y =/2 - El pendent de la recta tangent és

m = y’(/2)=3 -L’equació punt-pendent de la recta tangent és

)2

(32

xy .

En el dibuix observam un fet conegut, la recta tangent atravessa la funció en un punt d’inflexió.

07J-A(4). D’una funció )(xfy , amb x>-1, sabem que té per derivada

x

ay

1' , on a és una constant. Determina la funció si, a més, sabem que 1)0( f i

1)1( f . Feu una gràfica aproximada.

Solució: La primitiva o integral indefinida ens dóna la funció coneguda la derivada.

Kxadxx

ayxf

)1ln(

1)(

Per trobar les constants a i K, hem d’imposar les condicions

1)0( f 1)1ln( Ka 1K

1)1( f 1)2ln( Ka 2ln/2a

Amb això, la funció que ens demanen és: 1)1ln(2ln

2)(

xxf

Per representar la funció, recopilam informació necessària:

),1()( xfDom

Tall eix OY (x=0, y=1)

Tall eix OX (y=0, 12 x )

y’<0 f(x) és sempre decreixent

)(1

xflímx

)(xflímx

Page 48: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

48 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2007-Juny-Opció B 07J-B(1). Discutiu el rang de la matriu següent segons els valors del paràmetre k

22

2

1

1

1

kk

kk

kk

A . Resoleu el sistema

c

b

a

z

y

x

A en el cas k=-1.

Solució: Per discutir el rang d’una matriu calculam primer el seu determinant

22222

22

2

)1(

1

110

10

1

111

11

1

111

11

1

1

1

kk

kkk

k

k

kk

k

k

kk

k

k

kk

kk

kk

A

Casos:

Si 0k i 1k : rang A=3

Si k=0: rang A=1

Si k=1: rang A=1

Hem de resoldre el sistema pel cas k=-1. Estam el cas 3 ArangArang , és a dir,

compatible determinat. Podem resoldre el sistema pel mètode de Gauss o Cramer:

c

b

a

111

111

111

ac

ab

a

020

200

111

2/)(

2/)(

2/)(

acy

baz

bcx

Solució alternativa per Cramer:

4

111

111

111

det

M

24

22

11

11

11

4

1 cbcb

c

b

a

x

24

22

11

11

11

4

1 acac

c

b

a

y

Treim de la [2ªcol] i [3ªcol]

un factor k

[1ªcol] [1ªcol]- [2ªcol]

[2ªfila] [2ªfila] - [1ªfila]

[3ªfila] [3ªfila] - [1ªfila]

sistema escalonat

Page 49: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Juny 49

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

24

22

11

11

11

4

1 baba

c

b

a

z

07J-B(2). Siguin les rectes r:

3

1

12

1

zyx i la determinada per la intersecció

dels plans s: 1 zyx i 22 zyx . Calculau l’equació del pla que passa per

l’origen i és paral·lel a les dues rectes. Calculau també l’equació de la recta t que passa per (1,1,1) i és perpendicular al pla trobat. Solució:

Per determinar el pla , necessitam un punt O(0,0,0) i dos vectors directors, un de

cada recta. El vector de la recta r és )3,1,2(u

.

Per trobar l’altre vector necessitam expressar la recta s en forma vectorial

s:

22

1

zyx

zyx sumant les dues equacions, 3x=3 x=1

s:

22

11

zy

zy

0

0

zy

zy y = z, i diem, z=.

La recta s: en forma vectorial és (x,y,z)=(1,0,0)+(0,1,1). Per tant el seu vector director

és )1,1,0(v

.

L’equació vectorial : (x,y,z)=(0,0,0)+m(2,1,3)+n(0,1,1)

L’equació paramètrica :

nmz

nmy

mx

3

2

Eliminant m i n, l’equació implícita del pla : 0 zyx .

Aquest pla té vector normal )1,1,1( n

, llavors la recta que té la direcció perpendicular

al pla i passa per P(1,1,1) és:

t: )1,1,1()1,1,1(),,( zyx .

Nota: Un altre vector perpendicular al pla es pot obtenir del producte vectorial

vun

.

07J-B(3). L’anul·lació de la primera derivada és una condició necessària perquè

una funció (derivable) presenti un extrem local. Aquesta condició, però, no és suficient. Demostrau amb un exemple la segona afirmació. En aquest mateix context, què podem dir sobre l’existència d’un punt d’inflexió? Solució:

Page 50: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

50 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Considerem una funció y=f(x) derivable, almenys, tres vegades. La condició d’extrem f’(x)=0, prové que en un màxim o mínim la recta tangent a la corba és horitzontal. Però aquesta mateixa situació pot passar en un punt d’inflexió [veugeu el dibuix següent].

Un exemple de la darrera situació és la funció y=x3. La primera derivada s’anul·la a x=0, però a x=0 no hi ha ni màxim ni mínim, hi ha un punt d’inflexió. Per tant, una condició suficient perquè hi hagi un extrem local és

ax és un extrem si 0)(' af i 0)('' af .

De la mateixa manera una funció presenta un punt d’inflexió si

ax és un punt d’inflexió si 0)('' af i 0)(''' af .

07J-B(4). Calculau l’àrea del recinte limitat per la corba xxy sin2 i les rectes

0y , 3/x i 3/x . Feu un dibuix aproximat del recinte.

Solució:

Comencen fent un dibuix del recinte. Hem de dibuixar la funció xxxf sin2)( entre

3/x i 3/x . Recopilam alguna informació necessària

La funció és simètrica senar )()sin(2)( xfxxxf

Valor a l’extrem de l’interval 68,033/)3/sin(23/)3/( f

Tall amb els eixos x=0, y=0 (l’origen de coordenades)

Extrems i Creixement:

0cos21)(' xxf la derivada s’anul·la quan 21cos x coincideix just

amb els extrems de l’interval 3/,3/ . Mirem el signe de f’(x)

La funció és decreixent en tot l’interval 3/,3/ . Té un màxim a 3/x

i un mínim a 3/x .

Veim que la regió consta de dues parts A1 i A2, les dues d’igual àrea (excepte signe):

x

signe de f’(x) :++ 0----------------------------0+++

y’=0 a un màxim y’=0 a un mínim y’=0 a un punt

d’inflexió

Page 51: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Juny 51

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

u.a.9034,09

2)3/cos(218/0cos202

cos22

2)sin2(2)(22

22

0

3/

0

3/

20

3/121

x

xdxxxdxxfAAAA

y

x

A1

A2

Page 52: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

52 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2007-Setembre-Opció A 07S-A(1). A cada matriu real

dc

baA li associam el polinomi

|A|d)x(a xp(x) 2, on |A| indica el determinant de A. Direm que p(x) és el

polinomi característic de la matriu A. Es demana:

a) Trobar una matriu que tingui com a polinomi característic 12 x xp(x) .

Quantes matrius hi ha amb aquest mateix polinomi característic? b) Si A té inversa, demostrau que el polinomi característic de la inversa, A-1, és

||

1

||

2

Ax

A

da xp(x)

.

Solució: a) Dos polinomis són iguals si ho són els seus termes

|A|d)x(a xp(x) 2 12 x x

D’aquí deduïm

1

1

|A|

d)(a

1

1

|A|

d)(a

Aquest sistema d’equacions és indeterminat ja que tenim 2 equacions i 4 incògnites. Hem de considerar-ne dues com a paràmetres lliures, per exemple, d i c, i hem d’aïllar les que queden a i b:

0c ,)1(

)1(

2

c

ddb

da

Hi ha infinites matrius que tenen el polinomi característic de l’enunciat. Per trobar-ne una basta donar un valor a d i un a c, diferent de zero. Per exemple si diem d=0 i c=1, trobam la matriu

01

11A

b) Anem a calcular la inversa de la matriu A mitjançant

AaAc

AbAd

ac

bd

Adb

caadj

Adc

baadj

AA

t

//

//

||

1

||

1

||

11

Sabem que sempre es compleix que ||

1|| 1

AA

i que la suma dels termes de la

diagonal de 1A és Ada /)( . Aleshores el polinomi característic de

1A és:

||

1

||

2

Ax

A

da xp(x)

.

Page 53: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Setembre 53

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

07S-A(2). Calcula l’equació de la recta que passa pel punt P(2,-1,1) i talla

perpendicularment la recta.

r: 21

1

3

3 zyx

Solució: Expressam la recta r en forma vectorial

r: )2,1,3()0,1,3(),,( tzyx

on )2,1,3(

d és el vector director de la recta.

L’equació anterior dóna les coordenades d’un punt qualsevol de la recta r, que anomenam

)2,1,33( tttA [Observau el dibuix].

Ara ens construim el vector

AP que té components

)21,,31()2,1,33()1,1,2( ttttttAPAP

En el moment que estiguem sobre la direcció perpendicular de r, els vectors

AP i

d

seran perpendiculars i per tant el seu producte escalar zero. Aleshores 0141)2,1,3)·(21,,31(·

ttttdAP

14

1 t

Substituint el valor de t trobam el vector perpendicular a r

)14/16,14/1,14/11(

AP

Per comoditat utilitzarem un vector 14 vegades més llarg com a vector normal

)16,1,11(14

APn

. L’equació de la recta que passa per P i té la direcció de n

és

16

1

1

1

11

2:

zyxs .

Aprofundeix:

Et proposam que calculis la distància entre el pla determinat per les rectes r, s i l’origen de coordenades O.

L’equació general o implícita del pla que has d'obtenir és 085 zyx

La distància a l’origen de 27/278),( Od .

07S-A(3). Considera la funció xe

xxf

2)1()(

. Calculau )(xflím

x i )(xflím

x .

Trobau-li els extrems locals i els punts d’inflexió. Feu una gràfica aproximada d’aquesta funció.

Solució: Vegeu problema resolt 06J-A(4).

x

y

z

r

P

A

AP

n

d

s

Page 54: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

54 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

x

tangent

arrel paràbola

-2 -1 0 1 2

y

1

-1

-2

07S-A(4). Es consideren les corbes 12 xy i 1 xy . Trobau l’equació de

la recta tangent a la primera corba en el punt de tall amb l’altra, d’abscissa positiva.

Solució: Facem primer una gràfica de les corbes per tal d’entendre la situació. Ens demanen la recta tangent a la primera corba, és a dir, la recta tangent a la paràbola. En el punt d’abscissa positiva on la paràbola talla l’arrel quadrada. Primer hem de trobar el punt de tall P, resolent l’equació

112 xx , elevam al quadrat els dos membres 112 24 xxx . Simplificam i

treim factor comú x, 0)12·( 3 xxx . Factoritzant obtenim 0)1)·(1·( 2 xxxx .

La única solució x positiva prové de l’equació de segon grau i és 2

51x .

S’ha de substituir x per conèixer y, d’on trobam el punt P és )2

51,

2

51(

P .

Tingues en compte que si diem 2

51x al nombre auri, es compleix que xx 12

.

El pendent de la recta tangent s’obté de la derivada xy 2' 51m .

Finalment, l’equació punt-pendent de la recta tangent és

2

51)51(

2

51xy .

Page 55: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Setembre 55

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2007-Setembre-Opció B 07S-B(1). Discutiu el sistema següent i resoleu-lo en el cas k=1.

x + ky + 2z = 1

x + (2k–1)y + 3z = 1

x + ky + (k+3)z = 2k–1

Solució: En primer lloc, expressam el sistema en forma matricial

31

3121

21

kk

k

k

M i la matriu ampliada

12

1

1

31

3121

21

kkk

k

k

M

Calculem el determinant de M

)1)·(1(

100

110

21

31

3121

21

kk

k

k

k

kk

k

k

M

Si 1k i 1k aleshores nMrangMrang 3 i, segons el teorema de

Rouché-Frobenhius, el sistema és compatible determinat. Té solució única.

Considerem el cas 1k , el sistema queda

3

1

1

211

331

211

M 32 MrangMrang Sistema incompatible

El cas que falta, 1k , el sistema queda

1

1

1

411

311

211

M 32 MrangMrang Compatible indeterminat

Per resoldre el sistema en aquest cas, sabem que podem prescindir d’una de les equacions. Eliminant la darrera ens queda:

13

12

zyx

zyx restant les dues

000

12

z

zyx z=0 i yx 1

Solució: 1x , y , 0z , per a tot real.

[2ª] [2ª]–[1ª]

[3ª] [3ª]–[1ª]

Page 56: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

56 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

07S-B(2). Calcula els punts de la recta r: 213

2 zyx

que estan a distància 1

del pla : 0 zyx .

Solució: Tot i que no ens ho demanen, cercarem la posició relativa de la recta respecte del pla. D’aquesta manera ens podrem fer una idea gràfica de la situació.

En primer lloc passam la recta a forma general o implícita

02

23:

zy

yxr .

Consideram el sistema format per les tres equacions:

0

0

2

111

120

031

M .

Donat que el determinant de M és diferent de zero , nMrangMrang 3 i,

el sistema és compatible determinat. La recta i el pla es tallen en un punt. Les coordenades d’un punt P qualsevol de la recta r s’obtenen passant la recta a forma vectorial

)2,,32()2,1,3(·)0,0,2(),,( ttttzyxP

Ara cercam la distància del punt P al pla , mitjançant la fórmula

222),(

zyx

zyx

nnn

PPPPd

on n el vector normal del pla és )1,1,1(n

.

13

24

111

2)(32),(

222

ttttPd

Per acabar hem de resoldre l’equació 324 t que té dues possibilitats:

324 t 4

32 t i 324 t

4

32 t

Per tant, per cada valor de t, trobam un punt que es troba a distància 1 del pla:

2

32,

4

32,

4

332P

2

32,

4

32,

4

332'P

x

y

z r

P’

d=1

P

d=1

Page 57: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2007 – Setembre 57

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

07S-B(3). La recta 12 xy és una asímptota obliqua de la funció

kx

xxf

12)(

2

. Trobau el valor de k, i, si escau, els extrems locals.

Solució: Expressem la funció d’una altra forma, realitzant la divisió dels polinomis

kx

kkx

kx

xxf

1222

12)(

22

Comparant amb l’asímptota que dóna l’enunciat 12 xy , veim que 2/1k .

Per determinar els extrems, hem de calcular la derivada de la funció

2

2

2

2

)(

1·42

)(

1)·12()(4)('

kx

xkx

kx

xkxxxf

Si substituïm 2/1k

0)(

122)('

2

21

2

x

xxxf

La funció no té extrems ja que 0122 2 xx no té solucions. Es pot comprovar que

la derivada és sempre positiva, la funció sempre creix.

07S-B(4). Utilitzant els teoremes de Bolzano i Rolle, demostrau que les corbes

xy cos i xy es tallen en un únic punt.

Solució: Abans de començar hem d’acotar l’interval on és possible trobar solucions. Donat que

xy cos pren valors entre -1 i 1 i xy és sempre positiva, ens podem limitar a

cercar solucions a l’interval de x [0,1].

Ens construïm la funció xxxg cos)( . Els punts de tall de les dues corbes són les

arrels de la funció .0)( xg

Es compleix que

1) la funció )(xg és contínua en [0,1]

2) 0100cos)0( g i 0459,011cos)1( radg

2x2 -1 x + k -2x2 -2kx 2x – 2k -2kx -1 2kx +2k2 2k2-1

asímptota obliqua

Page 58: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

58 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Llavors, segons el teorema de Bolzano: existeix almenys un c de l’interval (0,1) tal que g(c)=0. Per comprovar que només existeix un únic punt de tall a l’interval (0,1) utilitzam un resultat que es dedueix del teorema de Rolle:

Si una funció g(x) verifica el teorema de Bolzano a l’interval [a,b], és derivable a l’interval (a,b), i a més, és creixent (o decreixent) dins tot l’interval, aleshores existeix un únic c de l’interval (a,b) tal que g(c)=0.

Segons aquest resultat hem de comprovar el creixement

de xxxg cos)( x

xxg2

1sin)(' .

Aquesta derivada és sempre negativa per x entre (0,1) i, aleshores, existeix un únic punt de tall c que es troba entre x=0 i x=1. Aprofundeix: Et proposam que mitjançant el teorema de Bolzano acotis el punt de tall fins als centèsims.

x 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

g(x) 1 0,67 0,53 0,407 0,288 0,17 0,050 -0,07 -0,19 -0,33

La solució està entre 0,6 i 0,7.

x 0,6 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69

g(x) 0,05 0,038 0,026 0,014 0,002 -0,01 -0,02 -0,03 -0,05 -0,06

La solució està entre 0,64 i 0,65.

x

g(x)

0 c 1 2

g(0) g(1)

Page 59: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Juny 59

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2008-Juny-Opció A 08J-A(1). Què és la inversa d’una matriu quadrada? Calculau, si escau, la

inversa de la matriu:

112

110

221

A

Solució:

Direm que 1A és la matriu inversa de A si es compleix 11 ·· AAAA , on és la

matriu identitat. Cal recordar que perquè una matriu tengui inversa cal que el seu

determinant sigui no nul, és a dir, 0|| A .

Efectivament, si calculam el determinant de A

064·2211

22·2

11

11·1

112

110

221

||

A

aleshores, la matriu A té inversa. Cercarem la matriu inversa calculant la matriu d’adjunts de la transposta.

6

1

2

1

3

16

1

2

1

3

13

20

3

1

132

132

402

6

1

112

112

20111 adjAA

AadjA

t

Recorda que per calcular l’adjunt, per exemple, Adj A23, has de calcular el determinant que resulta d’eliminar la fila 2 i columna 3 de la matriu A i afegir-li un signe -.

Naturalment, pots fer la comprovació i veuràs que 11 ·· AAAA . Per exemple:

100

010

001

112

110

221

·

6

1

2

1

3

16

1

2

1

3

13

20

3

1

·1 AA

desenvolupa en menors

Page 60: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

60 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

08J-A(2). Es consideren les rectes:

r: 23

2

3

1

z

yx s: 3

1

43

1

zyx a) Demostra que es creuen b) Determina un vector de la recta perpendicular comuna a les dues rectes.

Solució:

a) Per demostrar que dues rectes es creuen basta comprovar que els seus vectors

directors )1,3,3(rd

, )3,4,3( sd

i el vector format per un punt de cada recta

)1,2,2()2,2,1()1,0,1(

RSRS són linealment independents. Llavors, el

determinant d’aquests tres vectors és diferent de zero.

047713

23

7130

241

230

134

241

230

131

243

233

aleshores, les rectes es creuen. b) Els vectors directors de cada recta són:

recta r: )1,3,3(1 d

recta s: )3,4,3(2 d

ens demanen un vector que sigui perpendicular a l’hora a

1d

, 2d

. Aquest vector és el producte vectorial

)3,12,13(31213

133

34312 kji

kji

ddn

Pots comprovar que d’aquesta manera 0·· 21 ndnd

.

Aprofundeix: Et proposam que trobis l’equació de la recta que ens demanen. Ja tens el vector director, ara et falta un punt. El punt ha d’ésser un dels punts de tall amb les rectes r i s. Expressa les rectes en forma paramètrica. Digues A un punt qualsevol de la recta r, i B un punt de la recta s. Construeix-te el vector AB, i imposa que aquest vector sigui

paral·lel amb el vector n

que has trobat.

D’aquí trobaràs els punts de tall de la perpendicular amb les rectes r i s:

[1ªcol][1ªcol]–[2ªcol]

[3ªfila][3ªfila]+4[2ªfila]

Page 61: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Juny 61

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

161

260,

161

508,

161

25A

322

661,

161

226,

322

661B

La recta que ens demanen:

)3,12,13(161

260,

161

508,

161

25),,(

tzyx

08J-A(3). Es considera la funció 2)1(

)(

x

xxf

a) Calculau )(1

xflímx

, )(xflímx

b) Demostra que la funció és creixent a l’interval obert (-1,1) c) Determinau els extrems relatius d) Feu un dibuix de la funció

Solució:

a)

0

1

)1()(

211 x

xlímxflímxx

, és a dir, els dos límits laterals coincideixen.

0

)1()(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a zero per damunt.

0

)1()(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a zero per davall.

Amb això podem assegurar que x=1 és una asímptota vertical i que y=0 és una asímptota horitzontal de la funció. b) Per estudiar el creixement, primer calculam la derivada

4

2

4

2

)1(

1

)1(

)1(2·)1·(1)('

x

x

x

xxxxf

Estudiam el signe de f’(x)

Donat que la derivada és positiva a l’interval (-1,1) obert, f(x) és creixent.

c) En els extrems relatius la derivada s’anul·la 0)(' xf

a x=-1 y=-1/4 es tracta d’un mínim relatiu a x=1 no hi ha extrem ja que no és un punt del domini

-1 0 1

Signe de f’(x) -------------- 0+++++++++?--------------- x

x

y

z

r

s

B

A

AB

n

2d

1d

Page 62: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

62 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

d) Per fer un gràfic aproximat utilitzam la informació que hem recopilat

08J-A(4). Es considera la funció

t

dxx

tA0 1

1)( , amb t>0. Feu una interpretació

geomètrica (en termes d’àrea) d’aquesta funció. Calculau una fórmula més explícita per a la funció A(t) i representau-la gràficament.

Solució:

Aquesta funció A(t) representa l’àrea del recinte que delimita la corba de la funció

1

1)(

xxf , i les rectes y=0, x=0, x=t, en funció del paràmetre t. La gràfica d’aquesta

regió és la següent: Per trobar una fórmula més explícita per A(t), hem de calcular la integral definida

)1ln(1ln)1ln()1ln(1

1)(

00

ttxdx

xtA

tt amb t >-1. La gràfica de A(t) és la gràfica d’un logaritme Neperià.

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

4

3

2

1

-1

-2

-3

-4

x

y

t 0

regió corba

1

1

xy

t

A(t)

1

-1

-1 0 1 2 3 4

Page 63: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Juny 63

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2008-Juny-Opció B

08J-B(1). Discutiu el següent sistema i resoleu-lo quan sigui compatible:

2x + 2y – 4z = 1

mx + y + z = 0

x + y + 3z = –1

Solució: Escrivim el sistema en forma matricial:

La matriu del sistema

311

11

422

mM i la matriu ampliada

1

0

1

311

11

422

mM .

Primer cercarem quan és que el rang M=3, això passa si |M| és diferent de zero.

)1(1031

42)1(

310

111

420

311

11

422

||

mmmmM

Si 1m , aleshores 3 MrangMrang Sistema compatible determinat

Si 1m , aleshores 2Mrang ja que hi ha menors d’ordre 2 no nuls.

Demostrarem però que 3Mrang , basta considerar el menor de M

0413

11·1

013

011

142

131

011

142

Donat que 32 MrangMrang Sistema incompatible

Hem de resoldre el sistema sempre i quan 1m . Facem-ho per la regla de Cramer:

)1(5

2

)1(10

4

||

311

110

421

mmM

x ,

)1(10

)3(

)1(10

3

||

311

10

412

m

m

m

m

M

m

y ,

[1ªcol] [1ªcol]–[2ªcol]

Desenvolupar la 1ª col en menors

[3ªfil] [3ªfil]+[1ªfil]

Desenvolupar la 3ª col en menors

Page 64: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

64 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

10

3

)1(10

33

||

111

01

122

m

m

M

m

z

08J-B(2). Es consideren els punts A=(1,-1,1), B=(2,3,1) i C=(1,2,0). Es demana:

a) Demostrar que determinen un triangle b) Determinar els punts d’intersecció amb els eixos de coordenades del

pla determinat per aquest triangle. Solució: a) Per demostrar que tres punts a l’espai A, B, C determinen un triangle, basta demostrar que els punts no estan alineats. Això és el mateix que demanar que els

vectors AB

, AC

tenen diferent direcció (són linealment independents),

)1,3,0()1,1,1()0,2,1(

)0,4,1()1,1,1()1,3,2(

AC

AB

Els vectors són linealment independents ja que les components no són proporcionals

1

0

3

4

0

1

Aleshores, els tres punts formen un triangle. b) El pla que conté el triangle és el que passa pel

punt A i té com a vectors directors AB

, AC

.

L’equació vectorial del pla és per tant

)1,3,0()0,4,1()1,1,1(),,(: zyx

El pla en forma paramètrica:

1

341

1

:

z

y

x

Si eliminam i del sistema, obtenim l’equació general o implícita del pla

0234: zyx

Ara només cal substituir dins aquesta equació:

Tall amb l’eix X (quan y=0 i z=0), aleshores x=1/2. El punt és P(1/2, 0, 0).

Tall amb l’eix Y (quan x=0 i z=0), aleshores y=-2. El punt és Q(0, -2, 0).

Tall amb l’eix Z (quan x=0 i y=0), aleshores z=-2/3. El punt és R(0, 0, -2/3). Aprofundeix:

AB

x

y

z

B

A

C AC

P Q

R

O

Page 65: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Juny 65

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Calcula la distància del pla a l’origen de coordenades O. Comprova que la

distància que obtens és .13/26),( Od

Ara calcula l’àrea del triangle PQR, utilitzant

PRPQA2

1 . Comprova que l’àrea

és .6/26A

Amb els dos resultats que has trobat, comprova que el volum del tetràedre de

vèrtexs P,Q,R,O és .9/1V (Recorda alturaAV base·3

1 )

08J-B(3). Es considera la funció 1

)(2

x

xxf

a) Calculau )(1

xflímx

, )(1

xflímx

, )(xflímx

b) Demostrau que no té extrems relatius c) Demostrau que té un punt d’inflexió a x=0 d) Feu un dibuix de la funció

Solució:

a) En els punts x=-1 i x=1, cal fer els límits laterals, ja que no coincideixen

Límits laterals a x=-1:

0

1

121 x

xlím

x i

0

1

121 x

xlím

x

Límits laterals a x=1 :

0

1

121 x

xlímx

i

0

1

121 x

xlímx

0

1)(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a zero per damunt.

0

1)(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a zero per davall.

Amb això podem assegurar que x=-1 i x=1 són dues asímptotes verticals i que y=0 és una asímptota horitzontal de la funció. b) Per demostrar que no té extrems relatius hem de veure que la primera derivada no es fa zero mai. Per això calculam la derivada

0)1(

)1(

)1(

1

)1(

2·)1·(1)('

22

2

22

2

22

2

x

x

x

x

x

xxxxf

Efectivament, la derivada és sempre negativa. La funció sempre decreix i, llavors, no té extrems. c) Per estudiar els punts d’inflexió, necessitam calcular la segona derivada

0)1(

)3·(2

)1(

2)·1(2)·1()1·(2)(''

32

2

42

2222

x

xx

x

xxxxxxf

La segona derivada s’anul·la a x=0. Hem de tenir en compte que , x=-1 i x=1 no són punts d’inflexió ja que no pertanyen al domini.

3

Page 66: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

66 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Estudiem la curvatura mirant el signe de f’’(x)

La funció és convexa a )1,0()1,(

La funció és còncava a ),0()0,1(

d) Per fer un gràfic aproximat utilitzam la informació que hem recopilat, a més:

El Dom f =(-∞,-1)(-1, 1) (1,+∞)

La funció és simètrica senar f(-x)= - f(x).

L’únic tall amb els eixos és x=0, y=0. L’origen de coordenades.

08J-B(4). Calculau l’àrea del recinte limitat per la corba 21

1

xy

i les rectes

y=0, x=-1, x=1. Feu un dibuix aproximat del recinte.

Solució: L’àrea s’obté a partir de la integral definida de la funció entre x=-1 i x=1.

244)1(1

1

1 1

1

1

1 2

arctgarctgxarctgdxx

A u.a.

Atenció! Si calcules un arctg amb la calculadora, assegura’t de tenir-la en mode RAD.

-1 0 1

Signe de f’’(x) -------------- ¿++++0--------?++++++++ x

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

4

3

2

1

-1

-2

-3

-4

Page 67: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Juny 67

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

El dibuix aproximat del recinte és:

x

y

regió corba 21

1

xy

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

1

-1

Page 68: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

68 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2008-Setembre-Opció A

08S-A(1). Determinau totes les matrius de la forma

0z

yxX que commuten

(X·A = A·X) amb la matriu

43

21A .

Solució: Facem els dos productes de matrius:

zz

yxyx

z

yxAX

2

423

43

21·

yzx

yzx

z

yxXA

343

2

43

21·

Si les matrius commuten, les dos productes han d’ésser iguals. Si dues matrius són iguals, ho són terme a terme, aleshores

yz

zxz

yyx

zxyx

32

43

42

23

023

033

032

023

zy

zx

yx

zy

Es tracta d’un sistema homogeni que resoldrem pel mètode de Gauss

0

0

0

303

032

230

0

0

0

101

032

230

0

0

0

101

230

230

El sistema queda compatible indeterminat

0

023

zx

zy → diem z = 3 →

3

2

x

y per a tot real.

Per tant, les matrius han d’ésser de la forma

03

23

X per a tot real.

La [3a] és la mateixa que

la [1a] i prescindim d’ella

La [1a] és la mateixa que la

[2a] i prescindim d’ella

[3ªfil][3ªfil] / 3

[2ª] [2ª] – 2 [3ª]

Page 69: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Setembre 69

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

08S-A(2). Determinau el punt del pla 02 zyx més pròxim al punt (1,1,1).

Solució: L’esquema ens dóna el mètode per determinar el punt del pla més pròxim a A(1,1,1). El que hem de fer primer és cercar la recta que normal al pla que passa per A. Després, hem de cercar la intersecció d’aquesta recta amb el pla i ja tenim la resposta.

Un vector normal al pla és )1,1,2( n

.

La recta normal en forma contínua és:

r: 1

1

1

1

2

1

zyx

Fent dos productes creuats, trobam l’equació general de la mateixa recta

r:

2

12

zy

zx

Ara ens queda trobar el punt d’intersecció, resolent el sistema

02

2

12

zyx

zy

zx

que

obtindrem pel mètode de Gauss:

0

2

1

112

110

201

2

2

1

510

110

201

4

2

1

600

110

201

46

2

12

z

zy

zx

La solució del sistema és el punt P: .,,32

34

31 zyx

Aprofundeix: Calcula la distància mínima de dues maneres diferents; i) calculant la distància entre els punts A i P; ii) utilitzant la fórmula que dóna la distància d’un punt a un pla. Compara els resultats.

Efectivament, la distància entre A i P és 3

6)1()1()1(),( 2

322

342

31 PAd .

Si aplicant la fórmula 3

6

6

2

1)1(2

|111·2|),(

222

Ad .

Naturalment, els dos resultats coincideixen.

n

x

y

z A(1,1,1)

P(x,y,z)

O

r

[3ª] [3ª] – 2[1ª]

[3ª] [3ª] + [2ª]

Sistema escalonat

Page 70: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

70 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

08S-A(3). Es considera la funció 1

)(2

x

xxf

a) Calculau )(xflímx

, )(xflímx

b) Calcula els extrems relatius c) Feu un dibuix de la funció

Solució:

a)

0

1)(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a y=0 per damunt.

0

1)(

2x

xlímxflím

xx, és a dir, m’acosto a y=0 per davall.

Amb això podem assegurar que y=0 és una asímptota horitzontal de la funció. Aquesta funció no té asímptotes verticals perquè el denominador no s’anul·la mai. b) Per trobar els extrems relatius hem de calcular la primera derivada i veure on s’anul·la

0)1(

1

)1(

2·)1·(1)('

22

2

22

2

x

x

x

xxxxf

La derivada s’anul·la quan 01 2 x , és a dir, quan x=-1 i x=1.

f(x) creixent a (-1,1) f(x) decreixent a (-∞,-1)(1, +∞) mínim relatiu x=-1, y=-1/2 màxim relatiu x=1, y=1/2 Per estudiar els punts d’inflexió, necessitam calcular la segona derivada

0)1(

)3·(2

)1(

2)·1(2)·1()1·(2)(''

32

2

42

2222

x

xx

x

xxxxxxf

La segona derivada s’anul·la a 3,3,0 xxx que són 3 punts d’inflexió.

Estudiem la curvatura mirant el signe de f ’’(x)

La funció és convexa a )3,0()3,(

La funció és còncava a ),3()0,3(

-1 0 1

Signe de f’(x) -------------- 0+++++++++0----------------- x

0

Signe de f’’(x) -------------- 0++++0--------0++++++++

3

3

3

Page 71: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Setembre 71

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

d) Per fer un gràfic aproximat utilitzam la informació que hem recopilat, a més:

El Dom f =(-∞,+∞)

La funció és simètrica senar f(-x)= - f(x).

L’únic tall amb els eixos és x=0, y=0. L’origen de coordenades.

08S-A(4). Es considera la corba xkey , k>0. Escriviu l’equació de la funció A(k)

que ens dóna l’àrea de la regió limitada per aquesta corba i les rectes y=0, x=0, x=1.

Calculau )(0

kAlímk

. Feu un dibuix aclaridor.

Solució: Donat que la corba és una exponencial (creixent ja que k>0) i és sempre positiva, no cal preocupar-nos pel signe de la integral que ens dóna l’àrea. La gràfica mostra el recinte per un valor genèric de k. Calculem una expressió explícita de la funció A(k) fent la integral definida de la funció entre x=0 i x=1

1

0

1

0

11)(

k

ee

kdxekA

kxkxk

El límit que ens demanen

11

)(0

01)(

000

k

k

k

kk

elímHôpital

k

elímkAlím u.a.

Efectivament, si k=0 la funció és y=1 el recinte queda un quadrat de costat 1, per tant l’àrea és 1 u.a.

x

y

1

0.5

0

-0.5

-1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

x

y

0 1

A(k)

ek

1

y=ekx

Page 72: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

72 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2008-Setembre-Opció B

08S-B(1). Demostrau, per a matrius 2x2 que «el determinant d’un producte és el

producte de determinants». És cert que «el determinant d’una suma és la suma de determinants»? Solució:

Considerem dues matrius 2x2 genèriques

2221

1211

aa

aaA i

2221

1211

bb

bbB .

D’una banda, el producte de determinants és ))·(( 2112221121122211 bbbbaaaaBA

D’altra banda, el producte de matrius és

2222122121221121

2212121121121111

2221

1211

2221

1211·

babababa

babababa

bb

bb

aa

aaBA

El seu determinant es calcula utilitzant la propietat que si una columna és la suma de dues, el determinant es pot descompondre en la suma de dos determinants

222212212122

221212112112

222212211121

221212111111

2222122121221121

2212121121121111·

bababa

bababa

bababa

bababa

babababa

babababaBA

22222122

22122112

12212122

12112112

22221121

22121111

12211121

12111111

baba

baba

baba

baba

baba

baba

baba

baba

2222

1212

2221

2122

1112

1221

2221

1211

2211

2121

1111

1211aa

aabb

aa

aabb

aa

aabb

aa

aabb

0·)·(0· 2221122122111211 bbAbbAbbbb

BAbbbbA ·)·( 12212211

Amb això podem concloure que la propietat BABA ·· és certa per matrius 2x2. La

demostració per matrius nxn és pot fer de manera anàloga. L’afirmació «el determinant d’una suma és la suma de determinants» és falsa. Basta mostrar un cas on no és certa. Per exemple:

10

01A i

10

01B

211 BA però 0 OBA , on O=matriu zero.

Page 73: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Setembre 73

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

08S-B(2). Determinau el punt de la recta (x,y,z)=(0,1,-1)+t(1,2,3) més pròxim al

punt P(1,1,1). Solució: Hem de seguir el mateix procediment que el que utilitzam per calcular la distància d’un punt a una recta. i) Agafam un punt genèric de la recta R(t, 1+2t, -1+3t) ii) Calculam el vector

)32,2,1()31,21,()1,1,1( ttttttRPRP

iii) en el moment que la distància sigui mínima, estam sobre la perpendicular de la

recta que passa per P, aleshores, el vector

RP i el vector director de la recta

)3,2,1(

d són perpendiculars. Això vol dir, el seu producte escalar és zero

09641)3,2,1)·(32,2,1(·

ttttttdRP

solució .21t El punt de la recta que ens interessa és R(t, 1+2t, -1+3t)= ),2,(

21

21 .

Aprofundeix: Calcula la distància que ens demanen de dues formes diferents; i) calculant la distància entre els punts R i P; ii) utilitzant la fórmula amb productes vectorials. Compara els resultats.

Efectivament, la distància entre R i P és 2

6)1()21()1(),( 2

2122

21 PRd .

Si aplicant la fórmula ||

||),(

d

dRPAd

amb R(0,1,-1) un punt qualsevol de la recta i

RP=(1,0,2).

2

6

2

3

14

21

321

214

|)3,2,1(|

|)2,1,4(|

|)3,2,1(|

|

321

201|

),(222

222

kji

Ad

Naturalment, els dos resultats coincideixen.

d

x

y

z P(1,1,1)

R(x,y,z)

O

r

RP

RP

Page 74: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

74 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

08S-B(3). Es considera la funció 1

)(2

x

xxf

d) Calculau )(1

xflímx

, )(xflímx

, )(xflímx

e) Calcula els extrems relatius f) Feu un dibuix de la funció

Solució:

a) El límit )(1

xflímx

no existeix, només els límits laterals

0

1

1

2

1 x

xlímx

i

0

1

1

2

1 x

xlímx

1

)(2

x

xlímxflímxx

11

)(22

x

xlím

x

xlímxflím

xxx

Amb això podem assegurar que x=1 és una asímptota vertical. A més, aquesta funció té asímptotes una asímptota obliqua

1

1)1(

1)(

2

xx

x

xxf

L’equació de l’asímptota és y=x+1. b) Per trobar els extrems relatius hem de calcular la primera derivada i mirar on s’anul·la

0)1(

2

)1(

1·)1(2)('

2

2

2

2

x

xx

x

xxxxf

La derivada s’anul·la quan 022 xx , és a dir, quan x=0 i x=2.

f(x) creixent a (-∞,0) (2, +∞) f(x) decreixent a (0,1) (1,2) màxim relatiu x=0, y=0 mínim relatiu x=2, y=4 Per estudiar els punts d’inflexió, necessitam calcular la segona derivada

0)1(

2

)1(

)1(2)·2()1)·(22()(''

34

22

xx

xxxxxxf

La segona derivada no s’anul·la mai. No hi ha punts d’inflexió.

0 1 2 x

Signe de f’(x) +++++++ 0--------¿--------0+++++++++

3

Page 75: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2008 – Setembre 75

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Estudiem la curvatura mirant el signe de f ’’(x)

La funció és convexa a )1,(

La funció és còncava a ),1(

d) Per fer un gràfic aproximat utilitzam la informació que hem recopilat, a més:

El Dom f =R-{1}

La funció no és simètrica.

L’únic tall amb els eixos és x=0, y=0. L’origen de coordenades.

08S-B(4). Dibuixa la regió limitada per les corbes xy sin , xy cos , i les rectes

x=0, x=. Calculau-ne l’àrea.

Solució: En primer lloc, representarem les corbes per tenir una idea de la regió que limiten. Veim que les

corbes es tallen a x=, per tant, haurem de

considerar dues sub-regions A1 (0,) i A2 (). L’àrea entre les dues funcions dins el primer interval és

4/

0 44

4/

01 12)0cos0(sincossin)cos(sin)sin(cos

xxdxxxA

i l’àrea en el segon interval

4/ 444/2 21)sin(cossincos)sincos()cos(sin xxdxxxA

Finalment, l’àrea total és 22)21()12(21 AAA u.a.

0 1 x

Signe de f’’(x) ----------------------------------¿++++++++

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

4

3

2

1

-1

-2

-3

-4

x

1

0

-1

y=sin x

A1

y

A2

y=cos x

Page 76: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

76 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2009-Juny-Opció A

09J-A(1). Es consideren les matrius de la forma

xx

xxxA

cossin0

sincos0

001

)( ,

Rx . Es demana:

i) Calcular A(0), A(/2), A(-/2), A(), A(-)

ii) Demostrar que A(x) té inversa qualsevol que sigui x. Calcula la inversa. iii) Calcular els valors de x tals que A(x)=I (matriu identitat). És cert que

)()( yAxA sempre que yx ?

Solució: i) Per a calcular les matrius basta substituir els valors de x que ens donen (recordant que venen donats amb radiants):

IA

100

010

001

)0( ,

010

100

001

)2/(A ,

010

100

001

)2/( A

100

010

001

)(A ,

100

010

001

)( A

ii) Una matriu té inversa si el seu determinant és diferent de zero

01sincoscossin

sincos·1

cossin0

sincos0

001

)(det 22

xxxx

xx

xx

xxxA

La matriu A té inversa. La calculam tot seguit

xx

xx

xx

xxadj

xx

xxadjA

A

t

cossin0

sincos0

001

cossin0

sincos0

001

cossin0

sincos0

001

||

11

Aquesta és una matriu que en diem ortogonal ja que compleix A-1 = At.

iii) La matriu A(x) és la matriu identitat quan x=2n, donat que cos(2n)=1 i

sin(2n)=0.

L’afirmació )()( yAxA sempre que yx és falsa. Basta mostrar-ho amb un

exemple de l’apartat i). Si agafam x= i y= tenim yx , però )()( yAxA .

Page 77: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Juny 77

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09J-A(2). Demostrau que el punt A=(-1,1,0) no és coplanari amb els punts

B=(0,0,0), C=(0,1,0) i D(1,2,1). Calcula la distància de A al pla determinat per B, C, D. Solució: Donats els punts considerem els vectors següents (vegeu dibuix):

)1,2,1(

)0,1,0(

)0,1,1(

BDBD

BCBC

BABA

Els punts no són coplanaris si el producte mixt dels vectors anteriors és diferent de zero. Comprovem-ho:

0111

01·1

121

010

011

),,det(·

BDBCBABDBCBA

En conclusió els punts no són coplanaris i el volum del paral·lelepípede que defineixen val |-1|=1. Hem de calcular la distància del punt A al pla determinant per B, C, D:

Primer mètode: L’altura del paral·lelepípede és la distància que ens demanen

2

2

2

1

||

|),,det(|),(

BDBC

BDBCBA

basearea

volumhAd

on el producte vectorial és

)1,0,1(0

121

010

kji

kji

BDBC

Segon mètode: Calculam l’equació vectorial del pla que passa pels tres punts B,C,D

: )1,2,1()0,1,0()0,0,0(),,( zyx

la passam a forma paramètrica

z

y

x

2

I ara a forma general

0 zx (amb y un nombre qualsevol)

i aplicam la fórmula

2

2

2

1

)1(1

|01|),(

22

Ad .

Page 78: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

78 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09J-A(3). Es considera la funció )(xfy definida a l’interval [0,], de la forma

següent:

x

xx

xxx

xf

si0

0 sisin

0 si1

)(2

i) Estudiau-ne la continuïtat

ii) Dibuixau la funció en un entorn de x=0 i de x=. Solució: i) Recordem les condicions que s’han de complir perquè una funció sigui contínua a x=a:

1) Existeix el límit quan xa, )(xflímax

2) Existeix la imatge de la funció f(a)

3) El límit coincideix amb la imatge, és a dir, )()( afxflímax

Donat que la funció x

xxy

sin

2 és contínua a l’interval obert (0, ), només cal estudiar

la continuïtat als extrems de l’interval. Donat que la funció només està definida dins

l’interval tancat [0,], no pot prendre valors negatius ni superiors a . Llavors només podrem calcular alguns límits laterals.

Continuïtat a x=0

1) existeix 1cos

12

0

0

sin)(

0

2

00

x

xlímHôpital

x

xxlímxflím

xxx

2) existeix f(0)=-1

3) els dos resultats coincideixen 1)0()(0

fxflímx

Conclusió: La funció és contínua a x=0.

Continuïtat a x=

1) No existeix

0

73,6

sin)(

2

xxlímxflím

2) existeix f()=0

3) els dos resultats no coincideixen )()(

fxflímx

Conclusió: La funció no és contínua a x=. (Discontinuïtat asímptòtica) ii) Per fer un dibuix qualitatiu de la funció en un

entorn de x=0 i x= hem de reflectir el que hem trobat. La funció s’acosta contínuament

a y=-1 quan x0. A mesura que

x, y+∞. Si a més ens adonam que la

funció talla l’eix X a x=1, la gràfica de la funció és la següent:

x

y

2

1

-1

-2

0 1 2 3

Page 79: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Juny 79

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09J-A(4). La recta 22 xy és una asímptota obliqua de la funció

kx

xxf

12)(

2

. Calculau el valor de k i els extrems relatius d’aquesta funció.

Vegeu també problema: 07S-B(3)

Solució: Expressem la funció d’una altra forma, realitzant la divisió dels polinomis

kx

kkx

kx

xxf

1222

12)(

22

Comparant amb l’asímptota que dóna l’enunciat 22 xy , veim que 1k .

Per determinar els extrems, hem de calcular la derivada de la funció

1

12)(

2

x

xxf

2

2

2

2

)1(

142

)1(

1)·12()1(4)('

x

xx

x

xxxxf

La funció té extrems relatius quan 0142 2 xx , quan x=-2,22 i x=0,22. Per saber el

creixement estudiam el signe de la primera derivada

La funció és creixent a ),22.0()22.2,(

La funció és decreixent )22.0,1()1,22.2(

Hi ha un màxim relatiu a (x=-2.22, y=-8.9) Hi ha un mínim relatiu a (x=0.22, y=0.89)

-2,22 -1 0,22 x

Signe de f’(x) ++++++0--------- ¿ ---------0++++++++

2x2 +1 x + k -2x2 -2kx 2x – 2k -2kx +1 2kx +2k2 2k2+1

asímptota obliqua

Page 80: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

80 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2009-Juny-Opció B

09J-B(1). Per a quins valors de k té el següent sistema alguna solució distinta a

la trivial (0,0,0)?

0

2

2

zkyx

ykzkyx

xzykx

Resoleu-lo en el cas k=2. Solució: En primer lloc, escrivim el sistema transposant els termes de membre de la dreta:

0

0)12(

0)2(

zkyx

kzykx

zyxk

Es tracta d’un sistema homogeni, els termes independents són zero. Un sistema homogeni te alguna solució diferent a la trivial (0,0,0) si el determinant de la matriu del sistema és zero, i, per tant, el sistema compatible indeterminat. Calculem el determinant del sistema:

11

1121

012

)1(

11

1121

012

11

121

112

k

k

k

k

kk

kk

k

k

kk

k

)1)·(2)·(1(1

112)2)·(1(

10

1120

012

)1(

kkkk

kkk

k

k

k

k

El determinant és zero quan k=1 o k=2. La segona part del problema demana resoldre el sistema quan k=2, que correspon a un sistema compatible indeterminat. Substituint k=2, el sistema queda

02

023

0

zyx

zyx

yzzy

02

023

yyx

yyx

0

0

yx

yx

z

y

x

amb R

[3ªcol][3ªcol] + [2ªcol]

extreure factor (k-1)

[1ªcol][1ªcol] - [3ªcol]

Page 81: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Juny 81

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09J-B(2). Calculau l’equació contínua de la recta que passa pel punt P(2,1,5) i és

perpendicular a les rectes r: 4

3

0

2

1

zyx, s:

1

3

3

2

5

1

zyx.

Solució: Per trobar la recta perpendicular a es dues donades, necessitam un punt i un vector director. El punt ja el tenim, i el vector director es pot obtenir del producte vectorial del

vector director de la recta r, )4,0,1(

rd amb el de la recta s, )1,3,5(

sd .

)1,7,4(//)3,21,12(32112

401

135

kji

kji

ddn rs

Llavors, la recta en forma contínua és

1

5

7

1

4

2

zyx.

Comentari: Comparau aquest problema amb els 05S-A(2), 06J-B(2), 07S-A(2) en què demanaven trobar la recta que talla perpendicularment dues donandes. En aquest problema la recta que hem trobat és certament perpendicular a les donades però no té perquè tallar-les.

09J-B(3). Provau raonadament que l’equació 0133 xx té una única solució

dins l’interval obert (1, 2). Calculau-la amb un error menor que una dècima. Solució:

Considerem la funció 13)( 3 xxxf .

f(x) és contínua, f(1)=-1<0 i f(2)=3>0 el teorema de Bolzano assegura que existeix almenys un c a l’interval (1,2) tal que f(c)=0. Per demostrar que l’arrel és única necessitam estudiar el creixement de la funció i utilitzar el següent resultat que s’obté dels teoremes de Bolzano i Rolle:

Si una funció f(x) verifica el teorema de Bolzano a l’interval [a,b], és derivable a l’interval (a,b), i a més, és creixent (o decreixent) dins tot l’interval, aleshores existeix un únic c de l’interval (a,b) tal que f(c)=0.

x

f(2)

0 1 c f(1)

Page 82: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

82 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

033)(' 2 xxf té dues solucions x=-1 i x=1. Estudiem el creixement mirant el

signe de la derivada

És a dir, la funció és creixent a tot l’interval (1, 2). Això ens assegura que només hi ha un tall amb l’eix X dins aquest interval. Podem acotar la solució mirant canvis de signes

x 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

f(x) -1 -0,97 -0,87 -0,7 -0,45 -0,12 0,29 0,81 1,43 2,16

La solució està entre c= 1,5 i 1,6.

x 1,50 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56 ····

f(x) -0,12 -0,08 -0,05 -0,008 0,032 0,074 0,116 ····

La solució està entre c= 1,53 i 1,54.

09J-B(4). Calculau l’àrea de la regió limitada per la corba 21

1

xy

i les rectes

y=0, x=a, x=b, on a i b són les abscisses dels punts d’inflexió de la corba. Feu un dibuix de la regió. Solució: En primer lloc hem de determinar els punts d’inflexió imposant que y’’=0

21

1

xy

22 )1(

2'

x

xy

32

2

32

2

42

222

)1(

26

)1(

2·2)2()1(2

)1(

2)1(2)2()1(2''

x

x

x

xxx

x

xxxxy

La condició y’’=0 es compleix quan 026 2 x , quan 3

3a i

3

3b

L’àrea s’obté a partir de la integral definida de la funció a [a,b]

3620

3

322

1

12

1

100 22

arctgarctgxarctgdx

xdx

xA

bbb

a u.a.

S’ha tengut en compte que la figura és simètrica respecte l’eix Y. Atenció! Si calcules un arctg amb la calculadora, assegura’t de tenir-la en mode RAD.

-1 0 1 2 x

Signe de f’(x) ++++++0-------------------- 0++++++++

Page 83: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Juny 83

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

El dibuix aproximat del recinte és:

y

x a b

regió corba

21

1

xy

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

1

-1

Page 84: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

84 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2009-Setembre-Opció A

09S-A(1). Demostra que les matrius X reals, 2x2, tals que X.XT=I són

precisament les que tenen la forma

xy

yxX o bé

xy

yxX amb x2+y2=1.

(XT indica la transposada de la matriu X. I indica la matriu identitat). Solució:

Considerem una matriu 2x2 genèrica

db

caX amb a, b, c, d nombres reals.

Imposem la condició X.XT=I

10

01·

dc

ba

db

ca

Efectuem la multiplicació de les matrius

10

01

··

··22

22

dbcdab

dcbaca

Si dues matrius són iguals, igualam els seus elements dos a dos. Arribam al sistema:

Eq.4 1

Eq.3 0··

Eq.2 0··

Eq.1 1

22

22

db

cdab

dcba

ca

Veim que la segona i tercera equacions són de fet la mateixa. Agafam [Eq. 2]

-c·da·b [Eq. 5]

elevant al quadrat 2222 ·dc·ba

aïllant b de [Eq. 4] i la introduïm a l’anterior 2222 )1( ·dcd·a

operant i utilitzant [Eq. 1] 2222 )( ·dcaa → 22 da → ad

Introduint això dins [Eq. 5]

Si d=a: -c·aa·b → cb

Si d=-a: )( a-c·a·b → cb

En resum, les matrius han d’ésser del tipus

ac

caX o bé

ac

caX amb a2+c2=1.

Nota: Per obtenir les matrius de l’enunciat del problema basta assignar a=x i c=±y

Page 85: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Setembre 85

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09S-A(2). Estudiau la posició relativa dels plans següents segons els valors de m

x+y=1 my+z=0 x+(1+m)y+mz=m+1 Solució:

Hem de discutir el sistema d’equacions

1

0

1

11

10

011

mmm

mM segons els valors

de m. Per això utilitzam el teorema de Rouché. Començam cercant el rang de la matriu del sistema M

0)1(

11

10

011

det

mm

mm

mM , té dues solucions m=0, m=1

Casos:

Si m≠0, m≠1 aleshores MrangMrang =3=nº incògnites: Sistema compatible

determinat. Solució única. Aleshores els tres plans són secants en un punt.

Si m=0, la matriu del sistema queda:

1

0

1

011

100

011

M i com que hi ha dos vectors fila repetits, tenim que

MrangMrang =2 < nº d’incògnites: Sistema compatible indeterminat. Infinites

solucions. Els tres plans es tallen formant una recta. Els plans 1 i 3 coincideixen i són secants amb el 2.

Si m=1, la matriu del sistema queda:

2

0

1

121

110

011

M . Tenim que rang M=2, però rang M =3 ja que podem trobar el

menor d’ordre 3 no nul 0

121

100

011

. Aleshores el sistema és incompatible. No hi

solució i per tant els tres plans no tenen cap punt en comú. Els plans es tallen dos a dos.

Page 86: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

86 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09S-A(3). Es considera la funció 21)( xxxf . Es demana:

i) Trobar els extrems relatius

ii) Calcular )(xflímx

, )(xflímx

, )(' xflímx

, )(' xflímx

Solució:

i) Abans de començar comprovam que el domini d’aquesta funció són tots els

nombres reals perquè el radicand és sempre positiu, .01 2 xx

Els extrems relatius es determinen de la condició f’(x)=0

Calculem la primera derivada de la funció

0)21·(12

1)('

2

x

xxxf , té com a única solució x=-1/2

Per saber el creixement estudiam el signe de la primera derivada

Aleshores la funció decreix )2/1,( a i creix a ),2/1( . El punt x=-1/2;

y= 2/3 és un mínim de la funció. És l’únic extrem de la funció.

ii) Ens demanen que trobem els límits següents:

)(xflímx

=

xlímxlímxxlímxxx

221

)(xflímx

=

222 1)(11 xxlímxxlímxxlímxxx

12

2

1/1/12

2/1

1212

21)('

22

21

2

xx

xlím

xxx

límxx

xlímxflím

x

xx

xxx

12

2

1/1/12

2/1

1212

21)('

22

21

2

xx

xlím

xxx

límxx

xlímxflím

x

xx

xxx

09S-A(4). Utilitzant els teoremes de Bolzano i Rolle, demostrau que l’equació

xxxx cossin2 té exactament dues solucions dins l’interval [-].

Solució:

Problema resolt 06S-A(3).

-1/2 x

Signe de f’(x) -----------------------0+++++++++++++++

Page 87: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Setembre 87

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2009-Setembre-Opció B

09S-B(1). Trobau el rang de la matriu

21

21

111

a

a

a

A segons els valors de a.

Resoleu el sistema

0

0

0

z

y

x

A en el cas a=0.

Solució: Cercam el rang per determinants. Comencem cercant el determinant de la matriu A

0)2·()·3(

110

110

111

)3(

21

21

111

)3(

23

23

113

21

21

111

det

aaa

a

aa

a

aa

aa

aa

a

a

a

a

A

que té solucions a=0, a=2, a=-3 Casos:

Si a≠0, a≠2, a≠-3, aleshores rang A =3

Si a=0,

201

021

111

A , hi ha almenys un menor 2x2 no nul, rang A=2

Si a=2,

221

221

113

A , hi ha almenys un menor 2x2 no nul, rang A=2

Si a=-3,

231

321

112

A , hi ha almenys un menor 2x2 no nul, rang A=2

El cas a=0, correspon a un sistema homogeni rang A= rang A’=2< 3 compatible indeterminat

0

0

0

201

021

111

z

y

x

02

02

0

zx

yx

zyx

anomenam z .

Solució: 2x , y , z per a tot R .

Page 88: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

88 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09S-B(2). Sigui r la recta intersecció dels dos plans 1: ax+by+cz+d=0 i

2: a’x+b’y+c’z+d’=0. Es considera la família de plans de la forma ax+by+cz+d + k· (a’x+b’y+c’z+d’)=0 on k és un paràmetre real. Es demana: i) Demostrar que r està continguda en tots els plans de la família ii)Trobar els plans de la família 2x– y+z +1+ k· (x+y+z-2)=0 que es troben a distància 1 de l’origen de coordenades. Solució:

i) La recta r s’obté de la intersecció dels plans 1 i 2. Aleshores l’equació de la recta en forma implícita o general és:

0''''

0:

dzcybxa

dczbyaxr

Si aquesta recta pertany a la família de plans ax+by+cz+d + k· (a’x+b’y+c’z+d’)=0 s’ha de complir que el sistema d’equacions format per

0)''''(

0''''

0

dzcybxakdczbyax

dzcybxa

dczbyax

sigui compatible indeterminat, ja que tots els punts de la recta són del pla. En forma matricial el sistema és

)'(

'

'''

''''

kdd

d

d

kcckbbkaa

cba

cba

M

La tercera fila és combinació lineal de les dues primeres files i per tant rang M=rang M’=2. El sistema és per tant compatible indeterminat. ii) Els plans de la família 2x - y +z +1 + k· (x+y+z-2)=0 els podem escriure com:

(2+k) x +(-1+k) y + (1+k)z + 1-2k =0 El vector normal d’aquest pla és (2+k, -1+k, 1+k) La distància d’aquest pla a l’origen de coordenades (punt (0,0,0)) és troba a partir de la fórmula:

1)1()1()2(

210)·1(0)·1(0)·2(),(

222

kkk

kkkkOd

simplificant

1346

21),(

2

kk

kOd

234621 kkk , elevam al quadrat 22

34621 kkk i simplificam trobam

l’equació de segon grau 0582 kk que té com a solucions:

2142

848

k .

Page 89: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Setembre 89

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09S-B(3). Trobau els punts de la corba 124

22

yx

en els quals el pendent de la

recta tangent és 1. Solució: La corba en qüestió és una

el·lipse de semieixos 2 i 2 .

En els punts on el pendent de la recta tangent és 1 tenim que la derivada y’=1. Per trobar la derivada tenim dues opcions, aïllar la y i derivar explícitament o bé fer la derivada implícita: Mètode 1: Derivada implícita (recomanat)

Derivam repecte x, implicitament l’equació 124

22

yx

0'·2

2

4

2 y

yx

Ens diuen que y’=1. Aleshores 02

yx

, o el que és el mateix yx 2 . Substituint

dins la corba 124

4 22

yy

. D’aquí trobam 3

2y

Els dos punts són

3

2,

3

22 i

3

2,

3

22 .

Mètode 2: Derivada explícita

Aïllam y de la corba; 2

2)4

1(222 xx

y

Derivam i igualam a 1: 1)·(

222

1'

2

x

xy

222

2xx ,

Elevam al quadrat 3

22

3

828

224 22

22

xxx

xx

Cada valor de x hi ha dos valors de y: 3

2

22

2

x

y . Els dos punts són

3

2,

3

22 i

3

2,

3

22 . Cal comprovar en cada cas que la derivada és +1.

x

y

2

2

2 2

Page 90: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

90 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

09S-B(4). Donada la funció

0 si·

0 si0)(

xLxx

xxf (L=loge) es demana:

i) Estudiau-ne la continuïtat ii) Calcular l’àrea de la regió limitada per la corba y=f(x) i les rectes y=0, x=k, x=1 on k és l’abcissa del mínim de la funció. Feu un dibuix de la regió.

Solució: i) Per estudiar la continuïtat de la funció, primer ens adonam que el domini de defició és Dom f=[0,+∞]. Donat que x·Lx és una funció contínua per a tot x>0, només falta

comprovar la continuïtat a x=0 Anam comprovant les condicions perquè f(x) sigui contínua a x=0:

1a) Existeix 0)0( f

2a) Existeix )(0

xflímx

. Naturalment només el podrem calcular per la dreta de 0.

)·(0·ln0

xxlímx

indeterminat

Passem x dividint i apliquem la regla de l’Hôpital

01

1

)(1

ln·ln

0

2

000

xlím

x

xlímHôpital

x

xlímxxlím

xxxx

3a) 0)0()(0

fxflímx

. Aleshores la funció és contínua a x=0 i a la resta del seu

domini de definició ii) Calcular l’àrea de la regió limitada per la corba y=f(x) i les rectes y=0, x=k, x=1 on k és l’abcissa del mínim de la funció. Feu un dibuix de la regió. Necessitam trobar el mínim de la funció. Per això calcularem la derivada

xxy ·ln , 01

ln' x

xxy , 1ln x , eex /11

Amb el signe de la derivada analitzam el creixement de la funció

L’ordenada del mínim és f(1/e)=-1/e. El mínim es troba a (1/e, -1/e) Els punts de tall amb els eixos són, d’una banda (0,0) i d’altra banda quan x·ln x=0, és a dir (1,0).

0 1/e x

Signe de f’(x) ------------+++++++++

Page 91: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2009 – Setembre 91

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Un dibuix aproximat de la regió és:

Donat que en la regió la funció sempre és negativa l’àrea és la integral definida en valor absolut

1

/1ln

exdxxA

Per trobar la primitiva feim integració per parts

Kx

xx

dxx

xx

x

xvxdxdv

dxx

duxuxdxx

4

ln2

1

2ln

22/

1ln

ln2222

2

L’àrea és, segons la regla de Barrow

1

/1ln

exdxxA = ..15,0

4

3

4

11ln

2

1

4

1

4ln

2 2

2

22

1

/1

22

aue

e

eee

xx

x

e

y

x

regió

Lxxy ·

0 1 2

1

-1

1e

Page 92: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

92 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2010-Juny-Opció A

10J-A(1). Determinau segons els valors de m, el rang de

20

120

111

m

m

m

A .

En el cas m=1, calculau les solucions del sistema homogeni

0

0

0

z

y

x

A

Solució: Començam calculant el determinant de la matriu A

0)43)(1(

20

011

111

)1(

20

011

111

20

120

111

)det(

mm

m

m

m

m

mm

m

m

m

m

A

Si 1m i 3/4m , aleshores rang A =3

Si 1m , aleshores

201

110

110

A i per tant rang A =2

Si 3/4m , aleshores

203/4

13/20

113/1

A i per tant rang A =2

La segona part del problema ens demana resoldre el sistema homogeni per m=1. Donat que det(A)=0, el sitema que obtenim és compatible indeterminat. Vegem-ho.

0

0

0

z

y

x

A

02

0

0

zx

zy

zy

z

y

x 2

10J-A(2). Calculau el valor de k per al qual les rectes següents són paral·leles

k

zy

k

xr

3

2

1:

i

2

2

32

1:

z

k

y

k

xs

Calculau, en aquest cas, la distància entre les rectes. Solució: Les rectes venen donades en forma contínua cosa que facilita la identificació dels vectors directors:

),2,( kkd r

i )2,3,2( kkd s

[2ªfila][2ªfila] + [1ªfila]

Page 93: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2010 – Juny 93

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Si les rectes són paral·leles, aleshores els vectors són paral·lels i per tant les components proporcionals:

23

2

2

k

kk

k

Es fàcil veure que aquesta equació només es satisfà per a k=1. La segona part del problema demana calcular la distància quan k=1. En aquest cas, necessitam un punt de cada recta i el seu vector director

)1,2,1(

)3,0,1(

rd

R

i

)1,2,1(//)2,4,2(

)2,0,1(

sd

S

La distància entre dues rectes paral·les es pot obtenir de la fórmula

r

r

d

dRSSrdsrd

||

),(),(

producte vectorial: )4,7,10(

121

502

kji

dRS r

mòdul del producte vectorial: 1654710 222

rdRS

mòdul vector director: 6121 222 rd

distància: 24,56

165|),( srd

10J-A(3). Calculau el punt a la corba 21

1

xy

en el qual el pendent de la recta

tangent sigui màxim. Feu un dibuix on aparegui la corba, el punt i la recta tangent. Solució: El pendent a una corba a un punt és el valor de la derivada en aquell punt. El pendent és:

22 )1(

2'

x

xym

Per trobar el pendent màxim, hem de trobar el màxim de la funció m(x). Els extrems d’una funció es troben a partir de m’(x)=0.

0)1(

62...

)1(

2)·1(2·2)1(2'''

32

2

42

222

x

x

x

xxxxym

L’equació 062 2 x té dues solucions, 3

3x . Notau que aquestes són les

solucions de y’’=0, és a dir, són els punts d’inflexió de la corba. Per saber si donen un màxim o un mínim del pendent, estudiam el signe de la derivada m’(x)

Page 94: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

94 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

Per tant el màxim de pendent es troba a

3

3x , i

4

3

1

12

3

3

y

El dibuix de la situació és

10J-A(4). Calculau l’àrea de la regió limitada per la hipèrbola 4xy i la recta que

la talla en els punts d’abcisses x=1, x=4. Feu un dibuix de la regió. Solució:

La hipèrbola és una funció de proporcionalitat inversa x

y4

La gràfica de la regió és:

El pendent de la recta que passa per (1,4) i (4,1) és m=-1. L’equació de la recta és

)1·(14 xyo simplificant 5 xy

L’àrea és:

..955,14ln42

15

1ln452

14ln4208ln45

2)

45(

4

1

4

1

2

au

xxx

dxx

xA

x

y

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

4

3

2

1

-1

-2

-3

-4

A

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

y

x

corba 21

1

xy

1

-1

3

3

3

3

4

3

0 x

Signe de m’(x) ++++++ ---------------------+++++++++

3

3

3

3

Page 95: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2010 – Juny 95

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

EXAMEN 2010-Juny-Opció B

10J-B(1). Es consideren les matrius

100

212

111

A i

111

110

100

B . Calcula la

matriu X que verifica: X A + I = B, on I representa la matriu identitat.

Solució: Començam aïllant la matriu X de l’equació X A + I = B,

X A = B – I X A · A-1 = (B – I) · A-1

X = (B – I) · A-1

Necessitam calcular la inversa de la matriu A, tAadjA

A11

Determinant de A: 32112

11

100

212

111

A

300

012

311

121

011

021tt AadjA

100

03/13/2

13/13/11A

La matriu X s’obté del producte matricial

13/23/1

100

23/13/1

100

03/13/2

13/13/1

·

011

100

101

X

10J-B(2). Siguin P(a1,b1,c1) i Q(a2,b2,c2) dos punts del pla Ax + By + Cz + D = 0.

Demostrau que el vector

PQ és perpendicular al vector normal (A,B,C). Aplicar-ho

per calcular l’equació general del pla que conté els punts P(1,2,3), Q(-1,0,2) i R(1,1,1). Solució: Donat que els punts P(a1,b1,c1) i Q(a2,b2,c2) pertanyen al pla Ax + By + Cz + D = 0, satisfan les equacions

A·a1 + B·b1 + C·c1+ D = 0 [1a]

Page 96: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

96 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

A·a2 + B·b2 + C·c2+ D = 0 [2a]

Calculem ara el vector ),,( 121212 ccbbaaPQPQ

Calculem ara el producte escalar nPQ

·

111222

121212121212

)()()(),,)·(,,(·

CcBbAaCcBbAa

ccCbbBaaACBAccbbaanPQ

Utilitzam les equacions [1a] i [2a]

0)(· 111222

DDCcBbAaCcBbAanPQ

En conclusió, acabam de demostrar que els vectors nPQ

són perpendiculars.

La segona part del problema demana calcular el pla que passa pels punts P(1,2,3), Q(-1,0,2) i R(1,1,1). Calculem els vectors

)1,2,2(

PQ , )2,1,0(

PR

vector normal al pla: )2,4,3(

210

122

kji

PRPQn

Equació normal del pla: 0)2·(3)2·(4)1·(3 xyx

01343 zyx

10J-B(3). Es considera la funció xxxf )( . Calculau les equacions i els dominis

de les funcions f(x), f’(x), f’’(x), f’’’(x). Representau-les gràficament. Solució: Per començar, necessitam expressar la funció valor absolut com una funció definida a trossos

0

0)(

2

2

xsix

xsixxf

Dom f(x)=R

02

02)('

xsix

xsixxf

Dom f’(x)=R

x

y

x

y

Page 97: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

Selectivitat 2010 – Juny 97

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010

02

02)(''

xsi

xsixf

Dom f’’(x)=R-{0}

00)(''' xsixf

Dom f’’’(x)=R-{0}

Per el darrer cas cal recordar que si una funció és derivable en un punt ha d’ésser contínua; i el contrari no té perquè ésser cert. Llavors, donat que f’’(x) no és contínua a x=0, f’’’(x) no pot estar definida a x=0.

10J-B(4). Sigui A(t), t>0, l’àrea de la regió limitada per la corba 3 2xy i les

rectes y=0, x=t. Representau gràficament aquesta regió i calculau el valor de t per al qual A(t)=1. Solució:

Per representar la funció 3/23 2 xxy , recopilam informació important

Dom f= R. La funció és sempre positiva.

La derivada és 3/1

3

2' xy ; no està definida a x=0.

y és creixent per a x>0

y és decreixent per a x<0 El dibuix de la regió és el següent La funció A(t) queda definida per la integral definida

3 53 53/5

0

3/5

0

3/2

5

3

5

3

5

3

3/5)( ttt

xdxxtA

tt

Ens demanen quan és que A(t)=1?

15

3 3 5 t 3

53/5 t ...3586,13

55/3

t

x

y

x

y

x

y

0 t

A(t)

Page 98: PPRROOBBLLEEMMEESS DDEE SSEELLEECCTTIIVVIITTAATT … · a) Per trobar els intervals de creixement i decreixement necessitam la primera derivada 0 ( 4) 2 ( 4) 2 ·( 4) ( 3)·2 ' (

98 Problemes de Selectivitat 2005-2010

Departament de Matemàtiques · IES Alcúdia Josep Mulet © 2010