Давайте подробно решим задачу по шагам.
Дано:
- Расстояние, пройденное Катей, — 56 км.
- Скорость течения — 1 км/ч.
- Время прохождения этого расстояния против течения — \( t_1 \).
- Время возвращения — \( t_2 = t_1 - 0,5 \) часа (на полчаса меньше, чем при движении против течения).
Необходимо найти:
- Скорость катера относительно неподвижной воды — обозначим её как \( v \).
Шаг 1. Построение уравнений для времени движения
Против течения:
Катер движется со скоростью \( v \) против течения.
effective скорость против течения = \( v - 1 \) км/ч.
Время прохождения пути:
\[ t_1 = \frac{56}{v - 1} \]По течению:
Катер движется со скоростью \( v \) по течению, то есть
effective скорость по течению = \( v + 1 \) км/ч.
Время возвращения:
\[ t_2 = \frac{56}{v + 1} \]
Шаг 2. Используем условие разницы времени
Из условия:
\[
t_2 = t_1 - 0,5
\]
подставим выражения для \( t_1 \) и \( t_2 \):
\[ \frac{56}{v + 1} = \frac{56}{v - 1} - 0,5 \]
Шаг 3. Решение уравнения
перенесем \(-0,5\) в левую часть:
\[ \frac{56}{v + 1} + 0,5 = \frac{56}{v - 1} \]
Запишем левую часть с общим знаменателем:
\[ \frac{56}{v + 1} + \frac{1}{2} = \frac{56}{v - 1} \]
Для удобства умножим всё уравнение на 2, чтобы избавиться от дроби:
\[ 2 \times \frac{56}{v + 1} + 2 \times \frac{1}{2} = 2 \times \frac{56}{v - 1} \]
получим:
\[ \frac{112}{v + 1} + 1 = \frac{112}{v - 1} \]
Шаг 4. Вырежем дроби
Перенесем все в одну сторону:
\[ \frac{112}{v + 1} - \frac{112}{v - 1} = -1 \]
Общий знаменатель: \((v + 1)(v - 1) = v^2 - 1\).
Обратимся к приведению левой части к общему знаменателю:
\[ \frac{112(v - 1) - 112(v + 1)}{v^2 - 1} = -1 \]
Раскроем скобки в числителе:
\[ \frac{112v - 112 - 112v - 112}{v^2 - 1} = -1 \]
Объем числителя:
\[ (112v - 112) - (112v + 112) = 112v - 112 - 112v - 112 = -224 \]
Итак,
\[ \frac{-224}{v^2 - 1} = -1 \]
Упростим:
\[ -224 = - (v^2 - 1) \]
или
\[ -224 = -v^2 + 1 \]
Переносим все в одну сторону:
\[ -v^2 + 1 + 224 = 0 \]
\[ -v^2 + 225 = 0 \]
или
\[ v^2 = 225 \]
Следовательно,
\[ v = \pm 15 \]
Поскольку скорость не может быть отрицательной, выбираем положительное значение:
\[ \boxed{ v = 15\, \text{км/ч} } \]
Ответ:
Скорость катера относительно неподвижной воды составляет 15 км/ч.