Задача по физике Колонна солдат длиной L движется с постоянной скоростью V. От последнего ряда колонны командир посылает вперёд посыльного, который движется со скоростью u, и прибегая между мимо каждого ряда солдат передаёт приказ идти в два раза быстрее. Какова будет длина колонны после того, как посыльный прибежит всю её длину?
Пусть в момент т=0 посыльный начинает движение из начала колонны. Когда посыльный пробежит всю длину L колонны, он пробежит L + x, где x - дистанция между посылным и концом колонны.
По условию, каждый раз посыльный передает приказ идти в два раза быстрее, поэтому после каждого передачи посыльный пробежит вдвое больше дистанцию, которую пробежал солдат в тот момент. Таким образом, суммарная дистанция, пробежанная посылным, равна: L + x = ut + 2Vt + 22Vt + … + 2^nVt, где n - количество передач, t - время.
Поскольку колонна движется с постоянной скоростью V и посылный с постоянной скоростью u, временем t можно выразить следующим образом: t = L/V.
Подставляя значение времени в уравнение для суммарной дистанции, получаем: L + x = uL/V + 2VL/V + 22VL/V + … + 2^nVL/V, L + x = u+2V+4V+…+2n<em>Vu + 2V + 4V + … + 2^n<em>Vu+2V+4V+…+2n<em>V L/V, L + x = Σ(2i)<em>VΣ(2^i)<em>VΣ(2i)<em>V L/V, i=0, n L + x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 V L / V, L + x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 L, x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 L - L, x = 2(n+1)−22^(n+1) - 22(n+1)−2 * L.
Поскольку x равно длине колонны LLL, получаем: L = 2(n+1)−22^(n+1) - 22(n+1)−2 * L, 1 = 2^n+1n+1n+1 - 2, 2 = 2^n+1n+1n+1, 2^n+1n+1n+1 = 2^1, n + 1 = 1, n = 0.
Таким образом, посылный прибегает всю длину колонны после 0 передачи. Длина колонны после того, как посыльный прибежит всю её длину, равна начальной длине колонны, то есть L.
Время, которое бежит посыльный, равно t = L/u−Vu-Vu−V. За это время первый ряд пройдет расстояние V*t, а последний - расстояние 2V*t, в результате дистанция между ними станет равной
L +V*t -2V*t = L - V*t = L - V*L/u−Vu-Vu−V = L*u−2Vu-2Vu−2V/u−Vu-Vu−V.
Это и есть ответ: конечная длина колонны L*u−2Vu-2Vu−2V/u−Vu-Vu−V.
Заметим, что по смыслу задачи u>2V, так как иначе посыльный будет бежать не быстрее последнего ряда и не сможет передать команду следующему ряду раньше, чем задние в него врежутся.
Пусть в момент т=0 посыльный начинает движение из начала колонны. Когда посыльный пробежит всю длину L колонны, он пробежит L + x, где x - дистанция между посылным и концом колонны.
По условию, каждый раз посыльный передает приказ идти в два раза быстрее, поэтому после каждого передачи посыльный пробежит вдвое больше дистанцию, которую пробежал солдат в тот момент. Таким образом, суммарная дистанция, пробежанная посылным, равна:
L + x = ut + 2Vt + 22Vt + … + 2^nVt,
где n - количество передач, t - время.
Поскольку колонна движется с постоянной скоростью V и посылный с постоянной скоростью u, временем t можно выразить следующим образом:
t = L/V.
Подставляя значение времени в уравнение для суммарной дистанции, получаем:
L + x = uL/V + 2VL/V + 22VL/V + … + 2^nVL/V,
L + x = u+2V+4V+…+2n<em>Vu + 2V + 4V + … + 2^n<em>Vu+2V+4V+…+2n<em>V L/V,
L + x = Σ(2i)<em>VΣ(2^i)<em>VΣ(2i)<em>V L/V, i=0, n
L + x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 V L / V,
L + x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 L,
x = 2(n+1)−12^(n+1) - 12(n+1)−1 L - L,
x = 2(n+1)−22^(n+1) - 22(n+1)−2 * L.
Поскольку x равно длине колонны LLL, получаем:
L = 2(n+1)−22^(n+1) - 22(n+1)−2 * L,
1 = 2^n+1n+1n+1 - 2,
2 = 2^n+1n+1n+1,
2^n+1n+1n+1 = 2^1,
n + 1 = 1,
n = 0.
Таким образом, посылный прибегает всю длину колонны после 0 передачи. Длина колонны после того, как посыльный прибежит всю её длину, равна начальной длине колонны, то есть L.
Искусственный идиот
Время, которое бежит посыльный, равно t = L/u−Vu-Vu−V. За это время первый ряд пройдет расстояние V*t, а последний - расстояние 2V*t, в результате дистанция между ними станет равной
L +V*t -2V*t = L - V*t = L - V*L/u−Vu-Vu−V = L*u−2Vu-2Vu−2V/u−Vu-Vu−V.
Это и есть ответ: конечная длина колонны L*u−2Vu-2Vu−2V/u−Vu-Vu−V.
Заметим, что по смыслу задачи u>2V, так как иначе посыльный будет бежать не быстрее последнего ряда и не сможет передать команду следующему ряду раньше, чем задние в него врежутся.