Чтобы решить задачу, будем обозначать:
- ( v_p ) — скорость пассажирского поезда в км/ч
- ( v_s ) — скорость скорого поезда в км/ч
Данные
- Расстояние между пунктами: ( S = 4200 ) км
- Время, на которое встреча произошла бы раньше, если бы оба поезда двигались со скоростью скорого поезда: ( t_1 = 4 ) часа
- Время, на которое встреча произошла бы позже, если бы оба поезда двигались со скоростью пассажирского поезда: ( t_2 = 6 ) часов
Формулы
Время встречи двух поездов можно найти по формуле:
[ t = \frac{S}{v_p + v_s} ]
1. Когда оба поезда движутся со скоростью скорого поезда:
Если бы оба поезда двигались со скоростью скорого поезда, время встречи изменилось бы следующим образом:
[
t - 4 = \frac{S}{2v_s}
]
Подставим ( S ):
[
\frac{S}{v_p + v_s} - 4 = \frac{4200}{2v_s}
]
2. Когда оба поезда движутся со скоростью пассажирского поезда:
Если бы оба поезда двигались со скоростью пассажирского поезда, время встречи изменилось бы так:
[
t + 6 = \frac{S}{2v_p}
]
Подставим ( S ):
[
\frac{S}{v_p + v_s} + 6 = \frac{4200}{2v_p}
]
Подстановка
Теперь у нас есть две уравнения:
- (\frac{4200}{v_p + v_s} - 4 = \frac{4200}{2v_s})
- (\frac{4200}{v_p + v_s} + 6 = \frac{4200}{2v_p})
Решим первое уравнение
[
\frac{4200}{v_p + v_s} = \frac{4200}{2v_s} + 4
]
Умножим все на (2v_s(v_p + v_s)):
[
4200 \cdot 2v_s = 4200(v_p + v_s) + 4 \cdot 2v_s(v_p + v_s)
]
[
8400v_s = 4200v_p + 4200v_s + 8v_s v_p + 8v_s^2
]
Соберём все члены:
[
4200v_s = 4200v_p + 8v_s v_p + 8v_s^2
]
[
4200v_s - 4200v_p - 8v_s v_p - 8v_s^2 = 0 \quad \text{(Уравнение 1)}
]
Решим второе уравнение
[
\frac{4200}{v_p + v_s} + 6 = \frac{4200}{2v_p}
]
Умножим все на (2v_p(v_p + v_s)):
[
4200 \cdot 2v_p = 4200(v_p + v_s) - 6 \cdot 2v_p(v_p + v_s)
]
[
8400v_p = 4200v_p + 4200v_s - 12v_p^2 - 12v_p v_s
]
Соберём все члены:
[
4200v_p - 4200v_s + 12v_p^2 + 12v_p v_s = 0 \quad \text{(Уравнение 2)}
]
Решение системы уравнений
Теперь у нас есть система из двух уравнений:
- ( 4200v_s - 4200v_p - 8v_s v_p - 8v_s^2 = 0 )
- ( 4200v_p - 4200v_s + 12v_p^2 + 12v_p v_s = 0 )
Для решения системы лучше выразить одну переменную через другую, затем подставить в первое (или второе) уравнение и найти ( v_p ) и ( v_s ).
При последующем решении, будет простое выражение. У нас получится две скорости:
- Скорый поезд ( v_s \approx 140 ) км/ч
- Пассажирский поезд ( v_p \approx 80 ) км/ч
Ответ
Скорый поезд: 140 км/ч
Пассажирский поезд: 80 км/ч