Olimpiada de matematică 2025, etapa națională — clasa a XII-a, subiecte rezolvate
Publicitate
Subiectele oficiale de la Olimpiada Națională de Matematică 2025, etapa națională, clasa a XII-a (Botoșani, 2 aprilie 2025), cu soluțiile explicate pas cu pas după baremul oficial. Pe scurt: problema 1 este despre inele cu (exemplu: ); problema 2 este o inegalitate integrală demonstrată cu Cauchy–Buniakowski–Schwarz; problema 3 folosește primitive și monotonie; problema 4 este despre corpuri finite.
Olimpiada Națională de Matematică este organizată de Ministerul Educației și Cercetării împreună cu Societatea de Științe Matematice din România (SSMR) și are trei etape: locală, județeană (și a sectoarelor municipiului București) și națională. La etapa națională din 2025, desfășurată la Botoșani, elevii de clasa a XII-a calificați de la etapa județeană au primit pe 2 aprilie 2025 același subiect: 4 probleme. Conform baremului oficial, fiecare problemă este notată cu 7 puncte (punctaj maxim 28). Problemele sunt mult mai grele decât la etapa județeană: aici se acordă premiile naționale, iar cei mai buni elevi sunt invitați la barajele pentru loturile României.
Cum să folosești pagina: citește enunțul, încearcă singur cel puțin 30–45 de minute, apoi deschide soluția. Punctajele din paranteze sunt cele din baremul oficial — așa vezi ce pași contează la corectare. Orice altă soluție corectă primește punctajul maxim.
Problema 1 (7 puncte · inele, elemente inversabile)
Spunem că inelul are proprietatea (P) dacă:
(P) mulțimea are cel puțin 4 elemente; elementul este inversabil; , pentru orice .
a) Demonstrați că dacă un inel are proprietatea (P), iar sunt elemente distincte, astfel încât și sunt inversabile, atunci nu este inversabil, iar este inversabil. b) Dați un exemplu de inel care are proprietatea (P).
Vezi soluția (după baremul oficial)
Fie mulțimea elementelor inversabile din inelul . Pentru orice , , și , notăm ( termeni). În particular, notăm . Conform ipotezei, . De asemenea, notăm cu (1) egalitatea din ipoteză pentru orice . Substituind cu în (1) obținem
Scăzând relațiile (1) și (2) obținem atunci , de unde, cum , obținem
(1 p)
Pentru , înmulțind (3) cu obținem
Ca mulțime a elementelor inversabile în monoidul , este un grup. Un grup în care pentru orice element este comutativ, astfel că este comutativ. (1 p)
Relația (4) ne dă pentru că , deci , astfel că inelul are caracteristica 3. (1 p)
a) Fie , cu proprietatea că și . Dacă presupunem că , atunci (elementele comută)
astfel că și înmulțind cu inversul elementului am obține , contrazicând ipoteza că . Prin urmare, . (1 p)
De asemenea,
ca produs de elemente inversabile. (1 p)
b) Fie , cu adunarea și înmulțirea definite pe componente: , , pentru orice . este atunci un inel cu 9 elemente, cu elementul unitate , și cu . De asemenea, pentru orice , astfel că și pentru orice . Inelul are deci proprietatea (P). (2 p)
Notă matepenet: în barem, la obținerea relației (4) este trimisă relația (2); de fapt se înmulțește relația (3), , cu .
Problema 2 (7 puncte · integrale, inegalitatea Cauchy–Buniakowski–Schwarz)
Fie o funcție derivabilă, cu derivata o funcție integrabilă pe și . Arătați că
Vezi soluția (după baremul oficial)
Fie funcția definită prin pentru orice . Avem atunci că și , astfel că
(3 p)
Cu varianta integrală a inegalității Cauchy–Buniakowski–Schwarz avem atunci
(2 p)
Rezultă atunci (integrând prin părți) că
ceea ce trebuia arătat. (2 p)
Problema 3 (7 puncte · primitive, monotonie, polinoame)
a) Fie și o funcție continuă pe , care admite o primitivă , pentru care oricare ar fi și pentru orice . Arătați că pentru orice .
b) Fie , un polinom cu toate rădăcinile reale și o funcție polinomială cu proprietatea că pentru orice . Arătați că pentru orice .
Vezi soluția (după baremul oficial)
a) Pentru afirmația este evident adevărată. Considerăm în continuare și fie funcția definită prin . Funcția este derivabilă, ca produs de funcții derivabile, cu
Pentru rezultă că pentru orice , astfel că funcția este crescătoare. Cum , rezultă că pentru orice , astfel că pentru orice .
Pentru , pentru orice , astfel că funcția este descrescătoare, iar cum , rezultă că pentru orice , deci pentru orice . (3 p)
b) Fie mulțimea funcțiilor polinomiale . Pentru fiecare număr real considerăm funcția , definită prin , adică pentru orice . Deoarece pentru orice și orice avem , atunci, conform punctului a) (aplicat cu ), pentru orice număr real are loc implicația
Fie rădăcinile polinomului , iar pentru opusele lor, astfel că
(1 p)
Cu relațiile lui Viète avem atunci expresiile coeficienților polinomului :
Pentru orice și orice funcție avem
adică . Afirmația rezultă prin inducție după : pentru avem . Presupunând adevărată pentru un , avem
deci este de asemenea adevărată. Prin urmare, este adevărată pentru orice . (1 p)
Din avem
Conform ipotezei, pentru orice . Aplicând succesiv proprietatea de la a) (funcțiile sunt polinomiale), obținem că pentru orice , pentru orice . În particular, obținem pentru orice . (2 p)
Problema 4 (7 puncte · corpuri finite, polinoame, grupuri ciclice)
Fie un număr prim, , iar un număr impar nedivizibil cu . Fie un corp finit cu elemente și mulțimea elementelor din care nu au ordinul în grupul multiplicativ . Arătați că polinomul are cel puțin coeficienți egali cu 1.
Vezi soluția (după baremul oficial)
Deoarece și sunt impare, este par, deci o putere a lui 2, iar caracteristica corpului este 2. Rezultă atunci că sunt rădăcinile polinomului (căci ). Fie .
Grupul multiplicativ este ciclic de ordin ; fie un generator al grupului. Pentru orice cu avem atunci
În particular, pentru orice avem că și , astfel că și . Rezultă că
(1 p)
Pentru considerăm suma . Ținând cont de (2), rezultă că și, cum , nu este rădăcină a lui , deci . (3) (1 p)
De asemenea,
Deoarece ( are ordinul )
obținem
Cum , cel puțin unul dintre coeficienții este nenul. Pentru fiecare există cel puțin un coeficient nenul de forma . (2 p)
Pentru fiecare divizor considerăm mulțimea a elementelor de ordin din grupul multiplicativ și polinomul
Fie subcorpul prim al corpului și divizorii lui . Cum și
rezultă (prin inducție) că toate polinoamele au toți coeficienții 0 sau 1. (2 p)
Dar atunci are toți coeficienții 0 sau 1, dintre care cel puțin sunt nenuli (câte unul pentru fiecare rest ), deci egali cu 1. Aceasta demonstrează afirmația problemei. (1 p)
Răspunsuri pe scurt
Problema
Răspuns
1
a) demonstrație (, caracteristica 3); b)
2
demonstrație: , cu , apoi CBS cu
3
a) monotonă; b) , operatorii
4
demonstrație (coeficienți în , cel puțin unul nenul pentru fiecare rest modulo )
Ce capitole verifică subiectul
Problema
Temă
1
Structuri algebrice: inele, grupul elementelor inversabile
2
Integrala definită, integrare prin părți, inegalitatea CBS
3
Primitive, monotonie, polinoame cu rădăcini reale
4
Corpuri finite, grupuri ciclice, polinoame
Întrebări frecvente
Ce probleme s-au dat la etapa națională a olimpiadei de matematică 2025, clasa a XII-a? Patru probleme: inele cu proprietatea , inegalitatea , o problemă cu primitive și polinoame cu toate rădăcinile reale și un polinom asociat unui corp finit cu elemente.
Cum se punctează la olimpiada de matematică, etapa națională 2025? Conform baremelor oficiale, fiecare dintre cele 4 probleme valorează 7 puncte, deci punctajul maxim este 28. Baremul împarte cele 7 puncte pe pașii importanți ai soluției, așa că se punctează și rezolvările parțiale; orice soluție corectă diferită de cea din barem primește punctajul maxim.
Unde găsesc baremul oficial al olimpiadei de matematică, etapa națională 2025? Soluțiile și baremele de corectare sunt documente oficiale ale Ministerului Educației și Cercetării și ale Societății de Științe Matematice din România (SSMR), publicate pe ssmr.ro după concurs. Pe această pagină, fiecare pas al soluției are punctajul din barem.