Question

某港口O要将一件重要物品用小艇送到一艘正在航行的轮船上,在小艇出发时,轮船位于港口O北偏西30°且与该港口相距20海里的A处,并正以30海里/时的航行速度沿正东方向匀速行驶.假设该小艇沿直线方向以v海里/时的航行速度匀速行驶,经过t小时与轮船相遇.

(1)若希望相遇时小艇的航行距离最小,则小艇航行速度的大小应为多少?

(2)为保证小艇在30分钟内(含30分钟)能与轮船相遇,试确定小艇航行速度的最小值;

(3)是否存在v,使得小艇以v海里/时的航行速度行驶,总能有两种不同的航行方向与轮船相遇?若存在,试确定v的取值范围;若不存在,请说明理由.

Answer

(1) 小艇以30海里/时的速度航行,相遇时小艇的航行距离最小

(2) 10海里/时 (3)存在，v的取值范围是(15,30)

【解析】

解:(1)法一 设相遇时小艇的航行距离为s海里,则

s=

=

=.

故当t=时,smin=10,v==30.

即小艇以30海里/时的速度航行,相遇时小艇的航行距离最小.

法二 若相遇时小艇的航行距离最小,又轮船沿正东方向匀速行驶,则小艇航行方向为正北方向.

如图所示,设小艇与轮船在C处相遇.

在Rt△OAC中,OC=20cos 30°=10,

AC=20sin 30°=10.

又AC=30t,OC=vt,

此时,轮船航行时间t==,v==30.

即小艇以30海里/时的速度航行,相遇时小艇的航行距离最小.

(2)如图所示,设小艇与轮船在B处相遇.

由题意可得

(vt)2=202+(30t)2-2×20×30t×cos(90°-30°),

化简得v2=-+900

=400(-)2+675.

由于00),于是400u2-600u+900-v2=0.(*)

小艇总能有两种不同的航行方向与轮船相遇,等价于方程(*)应有两个不等正根,即

解得15