Два велосипедиста одновременно отправились в 140-километровый пробег. Первый ехал со скоростью на 4 км/ч большей, чем скорость второго,
и прибыл к финишу на 4 часа раньше второго. Найдите скорость велосипедиста, пришедшего к финишу первым. Ответ дайте в км/ч.
Ответ: $14$.
Решение
Шаг 1. Обозначаем неизвестную величину и связываем её со временем.
Обозначим меньшую скорость через v. Тогда большая равна v+4. Обе величины положительны, поэтому v>0.
Нужно найти большую скорость. Сначала определим v; в конце прибавим к нему разницу 4.
На один и тот же путь требуется тем меньше времени, чем больше скорость. Время находится делением пути на скорость:
$$t=\frac{S}{v}$$
Для меньшей величины время равно:
$$t_{\text{медл}}=\frac{140}{v}$$
Для большей величины время равно:
$$t_{\text{быстр}}=\frac{140}{v+4}$$
Шаг 2. Объясняем разницу времён и составляем уравнение.
Более медленное выполнение длится дольше. Поэтому из большего времени вычитаем меньшее; разность по условию равна 4 ч.
$$\frac{140}v-\frac{140}{v+4}=4$$
Шаг 3. Приводим дроби к общему знаменателю.
Общий знаменатель — произведение v(v+4). В первой дроби умножаем числитель и знаменатель на v+4, во второй — на v:
$$\frac{140(v+4)-140v}{v(v+4)}=4$$
Раскрываем скобки в числителе:
$$140(v+4)-140v=140v+140\cdot4-140v$$
Слагаемые с v взаимно уничтожаются; отдельно считаем оставшееся произведение:
$$140\cdot4=560$$
$$\frac{560}{v(v+4)}=4$$
Знаменатель положителен и не равен нулю при v>0. Умножаем обе части на него:
$$560=4v(v+4)$$
Раскрываем скобки справа, умножая каждый член на v, а затем на 4:
$$v(v+4)=v^2+4v$$
$$560=4v^2+4\cdot4v$$
$$4\cdot4=16$$
Переносим число влево и получаем квадратное уравнение:
$$4 v^{2} + 16 v - 560=0$$
Шаг 4. Находим оба корня квадратного уравнения.
Делим каждый член на ненулевой общий множитель 4.
$$v^{2} + 4 v - 140=0$$
Это квадратное уравнение. Сравниваем его с общей записью $A v^2+B v+C=0$. Здесь:
$$A=1,\qquad B=4,\qquad C=-140$$
Для нахождения корней используем дискриминант. Квадрат коэффициента B и произведение 4AC считаем отдельно:
$$B^2=(4)^2=16$$
$$4AC=4\cdot(1)\cdot(-140)=-560$$
$$D=B^2-4AC=16-(-560)=576$$
Дискриминант неотрицателен. Его квадратный корень равен:
$$\sqrt D=\sqrt{576}=24$$
Подставляем числа в формулу корней. Плюс и минус дают отдельные вычисления:
$$v_1=\frac{-B+\sqrt D}{2A}=\frac{-(4)+24}{2\cdot(1)}=\frac{20}{2}=10$$
$$v_2=\frac{-B-\sqrt D}{2A}=\frac{-(4)-24}{2\cdot(1)}=\frac{-28}{2}=-14$$
Значение $v=-14$ неположительно, поэтому не может быть скоростью или производительностью. Его исключаем.
Значение $v=10$ положительно, поэтому подходит.
Шаг 5. Возвращаемся к вопросу и проверяем времена.
$$v_{\text{медл}}=10$$
$$v_{\text{быстр}}=10+4=14$$
$$t_{\text{медл}}=\frac{140}{10}=14$$
$$t_{\text{быстр}}=\frac{140}{14}=10$$
$$t_{\text{медл}}-t_{\text{быстр}}=14-10=4$$
Разница совпала с условием. Спрашивается большая скорость, поэтому выбираем 14 км/ч.
Ответ: $14$ км/ч.