Чтобы найти среднюю скорость \( v_{ср} \), необходимо понимать, что средняя скорость определяется как общее пройденное расстояние \( S \) деленное на общее время \( t \).
Имеем две скорости:
- \( v_1 = 20 \) км/ч
- \( v_2 = 40 \) км/ч
По условию задачи, расстояние \( S_2 \) вторая часть пути в 3 раза больше первой, то есть:
- \( S_1 = S \)
- \( S_2 = 3S \)
Общее расстояние \( S_{общ} \):
\[ S_{общ} = S_1 + S_2 = S + 3S = 4S \]
Теперь найдем время, затраченное на каждую часть пути. Время \( t_1 \) для первой части пути:
\[ t_1 = \frac{S_1}{v_1} = \frac{S}{20} \]
Время \( t_2 \) для второй части пути:
\[ t_2 = \frac{S_2}{v_2} = \frac{3S}{40} \]
Теперь найдем общее время \( t_{общ} \):
\[ t_{общ} = t_1 + t_2 = \frac{S}{20} + \frac{3S}{40} \]
Для упрощения приведем к общему знаменателю (20 и 40), этот знаменатель равен 40:
\[ t_{общ} = \frac{2S}{40} + \frac{3S}{40} = \frac{5S}{40} = \frac{S}{8} \]
Теперь подставим найденные значения в формулу средней скорости:
\[ v_{ср} = \frac{S_{общ}}{t_{общ}} = \frac{4S}{\frac{S}{8}} = 4S \cdot \frac{8}{S} = 32 \text{ км/ч} \]
Таким образом, средняя скорость \( v_{ср} = 32 \) км/ч.