Для решения этой задачи нужно воспользоваться формулами для нахождения времени, скорости и расстояния. Давайте обозначим:
- ( v ) — собственная скорость лодки (8 км/ч),
- ( u ) — скорость течения реки,
- ( v_{\text{по течению}} = v + u ) — скорость лодки по течению,
- ( v_{\text{против течения}} = v - u ) — скорость лодки против течения.
Также известно, что плот движется со скоростью течения реки, то есть его скорость равна ( u ).
Теперь, найдем время, за которое лодка проходит 18 км по течению и 2 км против течения:
Время, чтобы проплыть 18 км по течению:
[
t_1 = \frac{18}{v + u}
]
Время, чтобы проплыть 2 км против течения:
[
t_2 = \frac{2}{v - u}
]
Общее время движения лодки:
[
t_{\text{лодки}} = t_1 + t_2 = \frac{18}{v + u} + \frac{2}{v - u}
]
Плот проплывает 8 км со скоростью ( u ):
[
t_{\text{плота}} = \frac{8}{u}
]
По условию задачи, ( t{\text{лодки}} = t{\text{плота}} ). Подставим известные выражения:
[
\frac{18}{v + u} + \frac{2}{v - u} = \frac{8}{u}
]
Подставим значение ( v = 8 ) км/ч:
[
\frac{18}{8 + u} + \frac{2}{8 - u} = \frac{8}{u}
]
Теперь решим это уравнение. Для удобства уравняем обе части:
- Приведем к общему знаменателю левую часть:
[
\frac{18(8 - u) + 2(8 + u)}{(8 + u)(8 - u)} = \frac{8}{u}
]
- Упростим числитель:
[
18(8 - u) + 2(8 + u) = 144 - 18u + 16 + 2u = 160 - 16u
]
Подставим обратно:
[
\frac{160 - 16u}{64 - u^2} = \frac{8}{u}
]
- Перемножим крест-накрест:
[
u(160 - 16u) = 8(64 - u^2)
]
- Раскроем скобки:
[
160u - 16u^2 = 512 - 8u^2
]
- Перенесем все в одну сторону:
[
-16u^2 + 160u = -8u^2 + 512
]
[
-8u^2 + 160u - 512 = 0
]
- Упростим уравнение, поделив на -8:
[
u^2 - 20u + 64 = 0
]
Теперь решим квадратное уравнение:
[
D = b^2 - 4ac = 20^2 - 4 \cdot 1 \cdot 64 = 400 - 256 = 144
]
Корни уравнения:
[
u_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{20 \pm 12}{2}
]
[
u_1 = \frac{20 + 12}{2} = 16, \quad u_2 = \frac{20 - 12}{2} = 4
]
Скорость течения не может быть больше собственной скорости лодки, следовательно, правильный ответ: ( u = 4 ) км/ч.