Для решения данной задачи обозначим собственную скорость лодки (скорость лодки в стоячей воде) как ( v ) км/ч. Скорость течения реки составляет 1 км/ч.
Когда лодка движется против течения, её эффективная скорость уменьшается на скорость течения реки и составляет ( v - 1 ) км/ч. Когда лодка движется по течению, её эффективная скорость увеличивается на скорость течения реки и составляет ( v + 1 ) км/ч.
Запишем уравнение для времени, затраченного на каждый из участков пути, и их сумму:
- Время, затраченное на путь против течения: ( \frac{21}{v - 1} ) часов.
- Время, затраченное на путь по течению: ( \frac{8}{v + 1} ) часов.
Суммарное время составляет 2 часа, поэтому:
[ \frac{21}{v - 1} + \frac{8}{v + 1} = 2 ]
Для решения данного уравнения сначала приведем его к общему знаменателю:
[ \frac{21(v + 1) + 8(v - 1)}{(v - 1)(v + 1)} = 2 ]
Раскроем скобки в числителе:
[ \frac{21v + 21 + 8v - 8}{v^2 - 1} = 2 ]
[ \frac{29v + 13}{v^2 - 1} = 2 ]
Перенесем все члены на одну сторону и приведем к общему знаменателю:
[ 29v + 13 = 2(v^2 - 1) ]
[ 29v + 13 = 2v^2 - 2 ]
Приведем уравнение к квадратному виду:
[ 2v^2 - 29v - 15 = 0 ]
Решим это квадратное уравнение через дискриминант:
[ D = (-29)^2 - 4 \times 2 \times (-15) = 841 + 120 = 961 ]
[ v = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} ]
[ v = \frac{29 \pm \sqrt{961}}{4} ]
[ v = \frac{29 \pm 31}{4} ]
Получаем два корня:
[ v_1 = \frac{60}{4} = 15 ]
[ v_2 = \frac{-2}{4} = -0.5 ]
Из физических соображений скорость не может быть отрицательной, поэтому:
Собственная скорость лодки равна 15 км/ч.