Давайте тщательно разберемся с задачей и найдем ответ пошагово.
Дано:
- Расстояние между пунктами А и Б: \( 330\, \text{км} \)
- Плот прошел: \( 108\, \text{км} \)
- Скорость течения реки: \( 4\, \text{км/ч} \)
- Судно отправилось из А в Б и обратно — весь путь туда и обратно.
Важно:
- За час до отправки судна, из А по течению реки отправился плот.
- Корабль прошел весь путь (туда и обратно), а плот — часть пути, именно \( 108\, \text{км} \).
Шаг 1: Обозначения
- Скорость корабля в неподвижной воде: \( v \) (нужно найти)
- Скорость течения: \( u = 4\, \text{км/ч} \)
Шаг 2: Время пути корабля
- Время, за которое корабль идет из А в Б: \( t_1 = \frac{330}{v + u} \) (по течению)
- Время, за которое корабль идет обратно, — \( t_2 = \frac{330}{v - u} \) (против течения)
- Общее время корабля на весь рейс:
\[ T_{корабля} = t_1 + t_2 = \frac{330}{v + 4} + \frac{330}{v - 4} \]
Шаг 3: Время пути плота
Плот отправился за час до корабля, то есть стартовал на 1 час раньше.
Плот прошел \( 108\, \text{км} \).
Скорость плота: \( v_{плота} = u = 4\, \text{км/ч} \) (по течению)
Время, за которое плот прошел 108 км:
\[ t_{плот} = \frac{108}{4} = 27\, \text{часов} \]
Шаг 4: Время пути плота и корабля
Плот начал свой путь за 1 час до корабля.
Значит, чтобы плот прошел 108 км, корабль двигался в течение \( T_{корабля} \), а плот — на 1 час раньше.
Следовательно, если обозначить время от момента, когда плот стартовал, до прихода его в пункт Б, как \( T_{плот} \) (общий), то:
\[ T_{плот} = T_{корабля} + 1 \]Но мы знаем, что время, чтобы пройти 108 км по течению: 27 часов.
Итак:
\[
T_{плот} = 27\, \text{часов}
\]
Следовательно:
\[
T_{корабля} = T_{плот} - 1 = 27 - 1 = 26\, \text{часов}
\]
Шаг 5: Запишем уравнение для времени корабля
\[ T_{корабля} = \frac{330}{v + 4} + \frac{330}{v - 4} = 26 \]
Шаг 6: Решение уравнения
Обозначим:
\[
\frac{330}{v + 4} + \frac{330}{v - 4} = 26
\]
Объединим левую часть:
\[
330 \left( \frac{1}{v + 4} + \frac{1}{v - 4} \right) = 26
\]
Найдем сумму дробей:
\[
\frac{1}{v + 4} + \frac{1}{v - 4} = \frac{(v - 4) + (v + 4)}{(v + 4)(v - 4)} = \frac{2v}{v^2 - 16}
\]
Тогда уравнение принимает вид:
\[
330 \times \frac{2v}{v^2 - 16} = 26
\]
Поделим обе части на 2:
\[
165 \times \frac{v}{v^2 - 16} = 13
\]
Или:
\[
165 v = 13 (v^2 - 16)
\]
Раскроем скобки:
\[
165 v = 13 v^2 - 208
\]
Перенесем все в левую сторону:
\[
13 v^2 - 165 v - 208 = 0
\]
Шаг 7: Решение квадратного уравнения
Обозначим:
\[
13 v^2 - 165 v - 208 = 0
\]
Решим через дискриминант:
\[
D = (-165)^2 - 4 \times 13 \times (-208)
\]
Вычислим:
\[
D = 27225 + 4 \times 13 \times 208
\]
\[ 4 \times 13 = 52 \]
\[ 52 \times 208 = 52 \times (200 + 8) = 52 \times 200 + 52 \times 8 = 10400 + 416 = 10816 \]
Теперь:
\[
D = 27225 + 10816 = 38041
\]
Квадратный корень:
\[
\sqrt{D} = \sqrt{38041} \approx 195
\]
(ближайшее к точному значению)
Теперь решим уравнение:
\[
v = \frac{165 \pm \sqrt{D}}{2 \times 13} = \frac{165 \pm 195}{26}
\]
Рассматриваем два варианта:
- \(\displaystyle v = \frac{165 + 195}{26} = \frac{360}{26} \approx 13.85\, \text{км/ч}\)
- \(\displaystyle v = \frac{165 - 195}{26} = \frac{-30}{26} \approx -1.15\, \text{км/ч}\)
Отрицательную скорость отклоняем, так как она невозможна в данной ситуации.
Ответ:
Скорость корабля в неподвижной воде — approximately \(\boxed{13.85\, \text{км/ч}}\).