Для решения этой задачи будем использовать уравнения движения и знания о скорости течения реки и времени стоянки.
Дадим переменные:
- ( v ) — скорость теплохода в неподвижной воде (км/ч),
- ( u ) — скорость течения реки, которая равна 5 км/ч,
- ( t_1 ) — время в пути от пункта отправления до пункта назначения,
- ( t_2 ) — время в пути обратно от пункта назначения до пункта отправления.
Исходные данные:
- Расстояние до пункта назначения: 140 км,
- Скорость течения: ( u = 5 ) км/ч,
- Стоянка длится 11 часов,
- Общее время в пути туда и обратно с учетом стоянки: 32 часа.
Составим уравнения движения для двух отрезков пути:
- Время в пути по течению:
[
t_1 = \frac{140}{v + 5}
]
- Время в пути против течения:
[
t_2 = \frac{140}{v - 5}
]
Общее время в пути туда и обратно без учета стоянки:
[
t_1 + t_2
]
С учетом стоянки, общее время:
[
t_1 + t_2 + 11 = 32
]
Следовательно:
[
t_1 + t_2 = 32 - 11 = 21
]
Подставим выражения для ( t_1 ) и ( t_2 ) в это уравнение:
[
\frac{140}{v + 5} + \frac{140}{v - 5} = 21
]
Для удобства умножим обе стороны уравнения на ((v+5)(v-5)):
[
140(v - 5) + 140(v + 5) = 21(v + 5)(v - 5)
]
Раскроем скобки и упростим:
[
140v - 700 + 140v + 700 = 21(v^2 - 25)
]
[
280v = 21v^2 - 525
]
Приведем уравнение к стандартному виду квадратного уравнения:
[
21v^2 - 280v - 525 = 0
]
Разделим обе стороны уравнения на 7 для упрощения:
[
3v^2 - 40v - 75 = 0
]
Решим это квадратное уравнение, используя формулу корней квадратного уравнения ( ax^2 + bx + c = 0 ):
[
v = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}
]
где ( a = 3 ), ( b = -40 ), ( c = -75 ).
Подставим значения:
[
v = \frac{40 \pm \sqrt{(-40)^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-75)}}{2 \cdot 3}
]
[
v = \frac{40 \pm \sqrt{1600 + 900}}{6}
]
[
v = \frac{40 \pm \sqrt{2500}}{6}
]
[
v = \frac{40 \pm 50}{6}
]
Получаем два корня:
[
v_1 = \frac{40 + 50}{6} = \frac{90}{6} = 15
]
[
v_2 = \frac{40 - 50}{6} = \frac{-10}{6} = -\frac{5}{3}
]
Скорость не может быть отрицательной, поэтому:
[
v = 15 \text{ км/ч}
]
Таким образом, скорость теплохода в неподвижной воде равна 15 км/ч.