Давайте решим эту задачу шаг за шагом.
Мы знаем, что мальчик проплыл 3 км по течению и 2 км против течения за 20 минут. Также нам дана скорость течения реки, которая равна 2 км/ч.
Обозначим переменные:
- Пусть скорость лодки в стоячей воде равна \( V \) км/ч.
- Скорость по течению будет \( V + 2 \) км/ч.
- Скорость против течения будет \( V - 2 \) км/ч.
Составим уравнение времени: Время, затраченное на путь по течению: \[ t_1 = \frac{3}{V + 2} \]
Время, затраченное на путь против течения: \[ t_2 = \frac{2}{V - 2} \]
Согласно условию задачи, суммарное время \( t_1 + t_2 \) равно 20 минут, что в часах составляет \(\frac{20}{60} = \frac{1}{3}\) часа.
Запишем уравнение: \[ \frac{3}{V + 2} + \frac{2}{V - 2} = \frac{1}{3} \]
Умножим всё уравнение на 3(V + 2)(V - 2), чтобы избавиться от дробей: \[ 3 \cdot 3 \cdot (V - 2) + 3 \cdot 2 \cdot (V + 2) = (V + 2)(V - 2) \]
Раскроем скобки: \[ 9(V - 2) + 6(V + 2) = V^2 - 4 \] \[ 9V - 18 + 6V + 12 = V^2 - 4 \] \[ 15V - 6 = V^2 - 4 \]
Переносим всё в одну сторону: \[ V^2 - 15V + 2 = 0 \]
Решаем квадратное уравнение с помощью дискриминанта: \[ D = b^2 - 4ac = (-15)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 2 = 225 - 8 = 217 \]
Теперь найдем корни: \[ V = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{15 \pm \sqrt{217}}{2} \]
Приблизительно вычислим значение \( \sqrt{217} \): \(\sqrt{217} \approx 14.7\), поэтому: \[ V \approx \frac{15 \pm 14.7}{2} \]
Это дает два возможных решения:
- \( V \approx \frac{29.7}{2} \approx 14.85 \)
- \( V \approx \frac{0.3}{2} \approx 0.15 \)
Скорость лодки в стоячей воде будет приблизительно 14.85 км/ч. В данном контексте логичнее взять положительное значение, так как скорость не может быть отрицательной.
Таким образом, скорость лодки в стоячей воде составляет около 14.85 км/ч.