Дано условие, что два автомобиля выехали из города Р в город К одновременно и прибыли одновременно. Первый автомобиль ехал со скоростью постоянной, а второй — меняя скорость на середине пути. Нужно найти скорость первого автомобиля.
Обозначим:
- \( S \) — полный путь (км),
- \( v_1 \) — скорость первого автомобиля (км/ч),
- \( v_2 \) — скорость второго автомобиля для второго участка (км/ч),
- \( t_1 \) — время, за которое проехал первый автомобиль,
- \( t_{2_1} \) — время, за которое второй автомобиль проехал первую половину пути,
- \( t_{2_2} \) — время, за которое второй автомобиль проехал вторую половину пути.
Из условия:
- Первый автомобиль ехал со скоростью \( v_1 \) на всё пути \( S \).
- Второй автомобиль: первую половину пути \( \frac{S}{2} \) со скоростью 27 км/ч, вторую — со скоростью \( v_1 + 18 \) км/ч.
- Оба автомобиля прибыли одновременно, значит время их в пути одинаковое: \( t \).
Шаг 1: Запишем время первого автомобиля
\[ t = \frac{S}{v_1} \]
Шаг 2: Запишем время второго автомобиля
\[ t_{2_1} = \frac{\frac{S}{2}}{27} = \frac{S}{2 \times 27} = \frac{S}{54} \]
\[ t_{2_2} = \frac{\frac{S}{2}}{v_1 + 18} = \frac{S}{2(v_1 + 18)} \]
Полное время второго автомобиля:
\[ t = t_{2_1} + t_{2_2} = \frac{S}{54} + \frac{S}{2(v_1 + 18)} \]
Шаг 3: Приравниваем времена
\[ \frac{S}{v_1} = \frac{S}{54} + \frac{S}{2(v_1 + 18)} \]
Сократим на \( S \):
\[ \frac{1}{v_1} = \frac{1}{54} + \frac{1}{2(v_1 + 18)} \]
Шаг 4: Решим уравнение
Обозначим \( V = v_1 \), тогда:
\[ \frac{1}{V} = \frac{1}{54} + \frac{1}{2(V + 18)} \]
Приведем к общему знаменателю:
\[ \frac{1}{V} = \frac{1}{54} + \frac{1}{2(V + 18)} \]
Общий знаменатель: \( 54 \times 2(V+18) \). Перепишем:
\[ \frac{1}{V} = \frac{2(V+18)}{54 \times 2(V+18)} + \frac{54}{54 \times 2(V+18)} \]
Но проще — упростим левое и правое выражения по отдельности, а затем решим уравнение.
Перенесем все в левую сторону:
\[ \frac{1}{V} - \frac{1}{54} - \frac{1}{2(V+18)} = 0 \]
Найдем общий знаменатель — \( 2V \times 54 \times (V+18) \) — или проще, выразим по частям.
Шаг 5: Приведем к общему знаменателю
Общий знаменатель: \( 2V \times 54 \times (V+18) \)
- Первое слагаемое: \( \frac{1}{V} \) — умножим числитель и знаменатель на \( 2 \times 54 \times (V+18) \)
- Второе слагаемое: \( \frac{1}{54} \) — умножим на \( 2V \times (V+18) \)
- Третье: \( \frac{1}{2(V+18)} \) — умножим на \( V \times 54 \)
После приведения, можно переписать уравнение, но есть более простой способ — найти общие denominаторы и избавиться от дробей.
Шаг 6: Упростим уравнение
Из исходного:
\[ \frac{1}{V} = \frac{1}{54} + \frac{1}{2(V + 18)} \]
найдём общее выражение:
\[ \frac{1}{V} - \frac{1}{54} = \frac{1}{2(V + 18)} \]
Левую часть объединяем:
\[ \frac{54 - V}{54V} = \frac{1}{2(V + 18)} \]
Теперь уравнение:
\[ \frac{54 - V}{54V} = \frac{1}{2(V + 18)} \]
Перемножим крест-накрест:
\[ (54 - V) \times 2(V + 18) = 54V \]
Раскроем скобки с левой стороны:
\[ 2(54 - V)(V + 18) = 54V \]
Шаг 7: Раскроем скобки
\[ 2 [(54)(V + 18) - V(V + 18)] = 54V \]
Раскроем далее:
\[ 2 [54V + 54 \times 18 - V^2 - 18V] = 54V \]
Заменим \( 54 \times 18 \):
\[ 54 \times 18 = 972 \]
Итак:
\[ 2 [54V + 972 - V^2 - 18V] = 54V \]
Складываем внутри скобок:
\[ 2 [(54V - 18V) + 972 - V^2] = 54V \]
\[ 2 [36V + 972 - V^2] = 54V \]
Раскроем:
\[ 2 \times 36V + 2 \times 972 - 2V^2 = 54V \]
\[ 72V + 1944 - 2V^2 = 54V \]
Перенесем все в левую сторону:
\[ 72V - 54V + 1944 - 2V^2 = 0 \]
\[ 18V + 1944 - 2V^2 = 0 \]
Обратим уравнение в стандартную форму квадратичного уравнения:
\[ -2V^2 + 18V + 1944 = 0 \]
Поделим всё на -2 для удобства:
\[ V^2 - 9V - 972 = 0 \]
Шаг 8: Решим квадратное уравнение
Квадратное уравнение:
\[ V^2 - 9V - 972 = 0 \]
Дискриминант:
\[ D = (-9)^2 - 4 \times 1 \times (-972) = 81 + 3888 = 3969 \]
Корень из дискриминанта:
\[ \sqrt{3969} = 63 \]
Найдем корни:
\[ V = \frac{9 \pm 63}{2} \]
Первый корень:
\[ V = \frac{9 + 63}{2} = \frac{72}{2} = 36 \]
Второй корень:
\[ V = \frac{9 - 63}{2} = \frac{-54}{2} = -27 \]
Скорость не может быть отрицательной, значит, приемлемое значение:
\[ v_1 = 36 \text{ км/ч} \]
Ответ:
Скорость первого автомобиля — \(\boxed{36}\) км/ч.