Feladat: 1965. évi Matematika OKTV I. forduló 2. feladata Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1965/november, 98 - 101. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mozgással kapcsolatos szöveges feladatok, Másodfokú (és arra visszavezethető) egyenletek, Paraméteres egyenletrendszerek, Egyenletrendszerek grafikus megoldása, OKTV
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1965/november: 1965. évi Matematika OKTV I. forduló 2. feladata

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A megoldások során a következő jelöléseket fogjuk használni: A járművek sebességét ‐ mint az ilyen feladatoknál ez szokásos ‐ állandónak tételezve fel, legyen a tehergépkocsi sebessége v, a személygépkocsi sebessége V, A és B távolsága s, a hazaérkezés közös időpontja x.

 
I. megoldás. Az első találkozásig a tehergépkocsi vt2, a személygépkocsi V(t2-t1) utat tesz meg, és ez együtt a teljes úthossz
s=vt2+V(t2-t1).

A tehergépkocsi menetideje t1-r órával több, mint a személygépkocsié, mert az utóbbi A-ból t1 órával később indult, és B-be r órával később érkezett, mint a tehergépkocsi, azaz
sv=sV+t1-r.
E két egyenletből az s utat kiküszöbölve
t2+Vv(t2-t1)=vVt2+t2-r,(1)
és ezt a v/V hányadosra, mint ismeretlenre rendezve a
t2(vV)2-r(vV)-(t2-t1)=0
egyenlethez jutunk, amelynek pozitív gyöke
vV=12t2(r+r2+4t2(t2-t1)).

t2>t1(0) esetén a gyök mindig valós. A negatív gyöknek nem tulajdonítunk értelmet.
A második találkozás után mind a két gépkocsi még x-t3 ideig volt úton, és ezalatt együttesen ismét befutották az s utat, azaz
v(x-t3)+V(x-t3)=s=vt2+V(t2-t1),
amiből V+v-vel való osztás és rendezés után
x=t3+t2-1vV+1t1

A numerikus adatokkal
vV=23ésx=1625óra,
azaz a két gépkocsi 16 óra 24 perckor ért haza.
 
Megjegyzések. 1. Közvetlenül az (1) egyenlet egy kissé átrendezett alakjához vezet a következő meggondolás. Az első találkozásig a tehergépkocsi vt2, a személygépkocsi V(t2-t1) utat tett meg, és ekkor mindegyik előtt annyi út állt, mint amennyit a másik már megtett. A tehergépkocsi a hátralevő útját V(t2-t1)v idő, a személygépkocsi vt2V idő alatt teszi meg, de ez utóbbi r órával később ér célba, ezért
V(t2-t1)v+r=vt2V.

2. Hasonló gondolatmenettel x is meghatározható. A visszaindulástól a második találkozásig a tehergépkocsi a személygépkocsi előtt álló V(x-t3) utat tette meg. Ehhez V(x-t3)v időre volt szüksége. Hasonlóan a személygépkocsi a találkozás előtt v(x-t3)V idővel indult vissza. Ennek a két időnek a különbsége egyben az egész út megtételéhez szükséges idők különbsége is. Az odamenetre vonatkozó adatok szerint ez az időkülönbség t1-r, azaz
V(x-t3)v-v(x-t3)V=t1-r,
amiből x a v/V hányados ismeretében kiszámítható.
 
II. megoldás. Legyen az első találkozás helye C. A személygépkocsi és a tehergépkocsi menetidőinek aránya az AB úton ugyanaz, mint az AC úton. Legyenek a menetidők az AB úton T, illetőleg t, így
T:t=(t2-t1):(t-t2)
Másrészt láttuk, hogy
t-T=t1-r.
T kiküszöbölésével
t2-(2t2-r)t+t2(t1-r)=0,
ahonnan a nagyobbik gyök
t=t2+12(-r+r2+4t2(t2-t1))
(ugyanis nyilvánvalóan t>t2, a másik gyök nem adhatja a feladat megoldását).
Most már kiszámíthatjuk a második találkozástól a hazaérkezésig eltelt x-t3 időt. Ennyi idő alatt a teherautó az egész út (x-t3)/t részét, a személyautó az (x-t3)/T részét teszi meg, a kettő együtt az egész utat ‐ az út 1-szeresét ‐ adja, azaz
x-t3t+x-t3T=1,x=t3+11t+1T=t3+t1+t-t2t2-t1=t3+t(t2-t1)t-t1.



A numerikus adatokkal t=6, x=16,4 adódik.
 
III. megoldás. Megoldhatjuk a feladatot a mozgások idő‐út grafikonjának vázlatára támaszkodó számítással is.
 
1. ábra
 

Mindegyik autó oda vissza útját (külön-külön) egyenlő hajlású szakaszok ábrázolják, ezért végpontjaik, valamint a találkozásokat jelentő pontok közül alkalmasan választott ponthármasok hasonló háromszögeket határoznak meg, és ezek alapjából a találkozási pontok vetületei arányos részeket vágnak le. Az 1. ábra jelöléseivel
B1B2B1B3=A2A1A2A=B7B6B7B5=B7B6BB3.

 
 

1. ábra
 

Legyen A1A2=u az az idő, amennyivel az első találkozás után a személyautó A-ba érkezik. Ezt mint az első két hányados egyenlőségéből adódó másodfokú egyenlet pozitív gyökét kapjuk:
t2-t1t2+u-r-t1=ut2+u,u2-ru-t2(t2-t1)=0,u-12(r+r2+4t2(t2-t1)).
Ennek alapján a keresett időpont a negyedik és a második hányados egyenlőségéből adódik:
x-t3t2+u-r=ut2+u,x=t3+ut2+u-rt2+u=t3+u(1-rt2+u).



Numerikusan u=8/3 óra, és x=16,4 óra.