Рассмотрим задачу шаг за шагом.
Обозначения:
- Пусть скорость профессионала — \(v_p\) (в км/ч).
- Скорость любителя — \(v_l = v_p - 20\) (в км/ч).
Дано:
- Длина дистанции — 60 км.
- Любитель приехал на 15 минут (то есть \(\frac{15}{60} = \frac{1}{4}\) часа) позже профессионала.
Нам нужно найти скорость любителя \(v_l\).
Шаг 1. Записываем выражения для времени в пути.
Время, затраченное профессионалом:
\[
t_p = \frac{S}{v_p} = \frac{60}{v_p}
\]
Время, затраченное любителем:
\[
t_l = \frac{S}{v_l} = \frac{60}{v_p - 20}
\]
Шаг 2. Условие разницы во времени.
Любитель приехал на 15 минут позже профессионала:
\[
t_l = t_p + \frac{1}{4}
\]
Подставляем выражения:
\[
\frac{60}{v_p - 20} = \frac{60}{v_p} + \frac{1}{4}
\]
Шаг 3. Решаем уравнение относительно \(v_p\).
Переносим компоненты:
\[
\frac{60}{v_p - 20} - \frac{60}{v_p} = \frac{1}{4}
\]
Находим общий знаменатель левой части:
\[
\frac{60v_p - 60(v_p - 20)}{v_p(v_p - 20)} = \frac{1}{4}
\]
Раскрываем скобки:
\[
\frac{60v_p - 60v_p + 1200}{v_p(v_p - 20)} = \frac{1}{4}
\]
Упрощение числителя:
\[
\frac{1200}{v_p(v_p - 20)} = \frac{1}{4}
\]
Шаг 4. Решение уравнения.
Перемножим обе части на \(v_p(v_p - 20)\):
\[
1200 = \frac{v_p(v_p - 20)}{4}
\]
Умножим обе части на 4:
\[
4 \times 1200 = v_p(v_p - 20)
\]
Получаем:
\[
4800 = v_p^2 - 20v_p
\]
Это квадратное уравнение:
\[
v_p^2 - 20v_p - 4800 = 0
\]
Шаг 5. Решаем квадратное уравнение.
Используем формулу корней:
\[
v_p = \frac{20 \pm \sqrt{(-20)^2 - 4 \times 1 \times (-4800)}}{2}
\]
Вычисляем дискриминант:
\[
D = 400 + 19200 = 19600
\]
Находим корень из дискриминанта:
\[
\sqrt{19600} = 140
\]
Следовательно, два решения:
\[
v_p = \frac{20 \pm 140}{2}
\]
- Первое:
\[ v_p = \frac{20 + 140}{2} = \frac{160}{2} = 80 \] - Второе:
\[ v_p = \frac{20 - 140}{2} = \frac{-120}{2} = -60 \]
Не может быть отрицательной скорость, значит, выберем \(v_p = 80\) км/ч.
Шаг 6. Находим скорость любителя.
\[ v_l = v_p - 20 = 80 - 20 = 60 \text{ км/ч} \]
Итог:
Скорость велосипедиста-любителя — \(\boxed{60}\) км/ч.