某船从甲地沿河顺流航行60km到达乙地码头,停留1h后再逆流航行40km到达丙地,若水流速度为20km/h,且该船要在5h内完成航行任务,则船的速度至少为多少?sqrt (73)approx 8.6)
某船从甲地沿河顺流航行60km到达乙地码头,停留1h后再逆流航行40km到达丙地,若水流速度为20km/h,且该船要在5h内完成航行任务,则船的速度至少为多少?
题目解答
答案
解:设船的速度为vkm/h(v>20),则顺流时速度为v+20km/h,逆流时速度为v-20km/h,因此总用时为
,由于总用时t≤5,因此
,又v>20,所以
,因此船的速度至少为34km/h.
解析
考查要点:本题主要考查分式不等式的应用,涉及顺流、逆流航行中的速度关系,以及时间、路程、速度之间的基本公式。关键在于建立总时间的表达式并求解不等式。
解题核心思路:
- 明确航行过程:顺流航行(甲→乙)→停留1小时→逆流航行(乙→丙)。
- 建立时间表达式:总时间=顺流时间+停留时间+逆流时间,需满足总时间≤5小时。
- 转化为不等式:通过分式不等式求解船速的最小值,注意分式方程的变形与二次不等式的求解。
破题关键点:
- 顺流速度=船速+水流速度,逆流速度=船速-水流速度。
- 总时间约束:$\dfrac{60}{v+20} + 1 + \dfrac{40}{v-20} \leq 5$,化简后得到二次不等式。
建立时间表达式
设船在静水中的速度为$v$ km/h($v>20$),则:
- 顺流速度为$v+20$ km/h,顺流航行时间:$\dfrac{60}{v+20}$小时;
- 逆流速度为$v-20$ km/h,逆流航行时间:$\dfrac{40}{v-20}$小时;
- 总时间:$\dfrac{60}{v+20} + 1 + \dfrac{40}{v-20} \leq 5$。
化简不等式
将不等式变形为:
$\dfrac{60}{v+20} + \dfrac{40}{v-20} \leq 4$
通分与整理
两边同乘$(v+20)(v-20)$(注意$v>20$,分母正,不等号方向不变):
$60(v-20) + 40(v+20) \leq 4(v^2 - 400)$
展开并整理:
$100v - 400 \leq 4v^2 - 1600 \quad \Rightarrow \quad 4v^2 - 100v - 1200 \geq 0$
两边除以4:
$v^2 - 25v - 300 \geq 0$
解二次不等式
求方程$v^2 - 25v - 300 = 0$的根:
$v = \dfrac{25 \pm \sqrt{25^2 + 4 \times 300}}{2} = \dfrac{25 \pm \sqrt{1825}}{2} = \dfrac{25 \pm 5\sqrt{73}}{2}$
取正根($v>20$):
$v \geq \dfrac{25 + 5\sqrt{73}}{2} \approx 34 \, \text{km/h}$