Для решения задачи используем формулы движения, связанную со скоростью, временем и расстоянием. Давайте обозначим скорости и время:
- Обозначим скорость лодки в неподвижной воде как \( v \) (км/ч).
- Скорость течения реки равна \( 3 \) км/ч.
- Скорость лодки против течения равна \( v - 3 \) км/ч.
- Скорость лодки по течению равна \( v + 3 \) км/ч.
- Расстояние в обоих направлениях составляет \( 72 \) км.
Теперь давайте обозначим время, затраченное на путь против течения, как \( t \) (часы). Тогда время на обратный путь (по течению) будет равно \( t - 2 \) часа, так как на обратный путь затрачено на 2 часа меньше.
Выражение времени через скорость и расстояние:
Время, затраченное на путь против течения: \[ t = \frac{72}{v - 3} \]
Время, затраченное на путь по течению: \[ t - 2 = \frac{72}{v + 3} \]
Составим уравнение:
Подставим выражение для \( t \) в уравнение для времени обратного пути: \[ \frac{72}{v - 3} - 2 = \frac{72}{v + 3} \]
Умножим обе стороны на \( (v - 3)(v + 3) \), чтобы избавиться от дробей:
\[ 72(v + 3) - 2(v - 3)(v + 3) = 72(v - 3) \]
Раскроем скобки:
\[ 72v + 216 - 2(v^2 - 9) = 72v - 216 \]
Упростим уравнение:
Сначала упрощаем:
\[ 72v + 216 - 2v^2 + 18 = 72v - 216 \]
Теперь приведём подобные: \[ -2v^2 + 234 = -216 \]
Переносим всё в одну сторону: \[ -2v^2 + 234 + 216 = 0 \]
Таким образом: \[ -2v^2 + 450 = 0 \]
Разделим на -2:
\[ v^2 - 225 = 0 \]
Решаем квадратное уравнение:
\[ v^2 = 225 \quad \Rightarrow \quad v = \sqrt{225} \quad \Rightarrow \quad v = 15 \]
Ответ:
Скорость лодки в неподвижной воде составляет \( 15 \) км/ч.
Проверка:
Проверим, устраивает ли это условие задачи:
Против течения: скорость лодки = \( 15 - 3 = 12 \) км/ч. Время в пути против течения: \[ t_1 = \frac{72}{12} = 6 \text{ ч.} \]
По течению: скорость лодки = \( 15 + 3 = 18 \) км/ч. Время в пути по течению: \[ t_2 = \frac{72}{18} = 4 \text{ ч.} \]
Проверяем разницу во времени: \[ t_1 - t_2 = 6 - 4 = 2 \text{ ч.} \]
Условие задачи выполняется, значит, решение верное!