сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 21 № 9705
i

Во всем мире по­пу­ляр­на игра в хок­кей. Мно­гое в игре за­ви­сит от вра­та­ря. Для от­ра­бот­ки на­вы­ков вра­та­рей и обес­пе­че­ния тре­ни­ро­воч­но­го про­цес­са, ко­то­рый бы не за­ви­сел от дру­гих иг­ро­ков, со­зда­ли шай­бо­мет. Ав­то­мат можно на­стро­ить так, чтобы он вы­бра­сы­вал шайбы с за­дан­ной вре­мен­ной ча­сто­той, ско­ро­стью и под опре­де­лен­ным углом. Линия ворот на­хо­дит­ся на рас­сто­я­нии 25 м от цен­траль­ной точки O хок­кей­ной пло­щад­ки. Пусть ав­то­мат уста­нов­лен на рас­сто­я­нии d  =  16 м от точки O по на­прав­ле­нию к во­ро­там, ско­рость вы­бро­са шайбы равна V0  =  20 м/с. Брос­ки про­из­во­дят­ся в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной по­верх­но­сти льда и линии ворот. При этом для обес­пе­че­ния без­опас­но­сти тра­ек­то­рия вы­ле­та­ю­щих шайб долж­на, с одной сто­ро­ны, на­хо­дить­ся не выше пря­мой линии, со­еди­ня­ю­щей центр ле­до­вой пло­щад­ки O с точ­кой, на­хо­дя­щей­ся в плос­ко­сти по­ле­та шайб, в плос­ко­сти ворот, и на рас­сто­я­нии од­но­го метра от по­верх­но­сти льда, а с дру­гой сто­ро­ны  — долж­на пе­ре­се­кать плос­кость ворот по нис­хо­дя­щей ветви тра­ек­то­рии.

Опре­де­ли­те мак­си­маль­но воз­мож­ное зна­че­ние тан­ген­са угла, под ко­то­рым могут вы­ле­тать шайбы из шай­бо­ме­та, если тра­ек­то­рия дви­же­ния шайбы, рас­смат­ри­ва­е­мой как ма­те­ри­аль­ная точка, в плос­ко­сти ее по­ле­та в си­сте­ме ко­ор­ди­нат с цен­тром в O и осью абс­цисс, на­прав­лен­ной вдоль по­верх­но­сти льда, опи­сы­ва­ет­ся урав­не­ни­я­ми:

 си­сте­ма вы­ра­же­ний x = d плюс V_0 t ко­си­нус альфа ,y = V_0 t синус альфа минус дробь: чис­ли­тель: g t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . конец си­сте­мы .

Для упро­ще­ния вы­чис­ле­ний счи­тать, что уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния g  =  10 м/с2.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Вве­дем си­сте­му ко­ор­ди­нат с цен­тром в точке O. Ось абс­цисс на­пра­вим к линии ворот. Вы­ра­зим время из пер­во­го урав­не­ния си­сте­мы и под­ста­вим во вто­рое

 y левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: V_0 левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: V_0 ко­си­нус альфа конец дроби синус альфа минус дробь: чис­ли­тель: g левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: x минус d, зна­ме­на­тель: V_0 ко­си­нус альфа конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: x минус d, зна­ме­на­тель: V_0 ко­си­нус альфа конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те \Rightarrow
\Rightarrow y левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка .

Чтобы шайба была ниже услов­ной линии для лю­бо­го зна­че­ния x, тре­бу­ет­ся вы­пол­не­ние усло­вия y_b левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = x дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби боль­ше или равно y левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка или вы­пол­не­ние не­ра­вен­ства y_b левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка минус y левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше или равно 0 для лю­бо­го x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 16; 25 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . По­сколь­ку тра­ек­то­рия вы­ле­та­ю­щих шайб долж­на пе­ре­се­кать плос­кость ворот по нис­хо­дя­щей ветви тра­ек­то­рии, то не­ра­вен­ство

x дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа плюс дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше или равно 0.

долж­но вы­пол­нять­ся для всех x.

Пе­ре­пи­шем не­ра­вен­ство в более удоб­ном виде и учтем, что вы­пол­не­ние этого не­ра­вен­ства воз­мож­но лишь при не­по­ло­жи­тель­ном дис­кри­ми­нан­те, то есть:

 дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка минус левая круг­лая скоб­ка x минус d пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка плюс дробь: чис­ли­тель: d, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби боль­ше или равно 0 рав­но­силь­но D = левая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус 4 дробь: чис­ли­тель: d, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше или равно 0 .

Вы­пол­ним пре­об­ра­зо­ва­ния:

 левая круг­лая скоб­ка тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка тан­генс в квад­ра­те альфа минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби тан­генс альфа плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби мень­ше или равно 0.

Вы­чис­лим дис­кри­ми­нант для чет­но­го ко­эф­фи­ци­ен­та:

 дробь: чис­ли­тель: D, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 в квад­ра­те конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 в квад­ра­те конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби дробь: чис­ли­тель: 626, зна­ме­на­тель: 625 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4 d, зна­ме­на­тель: 5 V_0 в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те .

При d  =  16 м, V0  =  20 м/с. Тогда:

 дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 16, зна­ме­на­тель: 5 умно­жить на 400 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 626, зна­ме­на­тель: 625 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 16, зна­ме­на­тель: 5 умно­жить на 400 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 5 умно­жить на 25 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 626, зна­ме­на­тель: 25 в квад­ра­те конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 5 умно­жить на 25 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 25 в квад­ра­те умно­жить на 25 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 626, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 606 умно­жить на 2, зна­ме­на­тель: 25 в квад­ра­те умно­жить на 25 умно­жить на 5 умно­жить на 2 конец дроби .

Итого:

 тан­генс альфа = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби \pm дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 25 умно­жить на 5 конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 1212, зна­ме­на­тель: 10 конец дроби конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка : левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 121, зна­ме­на­тель: 125 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =
= левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 25 конец дроби \pm дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 25 умно­жить на 5 конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 121,2 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 125, зна­ме­на­тель: 121 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 \pm 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 121,2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 121 конец дроби \approx дробь: чис­ли­тель: 5 \pm 22, зна­ме­на­тель: 121 конец дроби = со­во­куп­ность вы­ра­же­ний дробь: чис­ли­тель: 27, зна­ме­на­тель: 121 конец дроби , минус дробь: чис­ли­тель: 17, зна­ме­на­тель: 121 конец дроби , конец со­во­куп­но­сти .

от­ку­да

 тан­генс альфа при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: 5 плюс 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 121,2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 121 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка \approx левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 0,223 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Ответ:  дробь: чис­ли­тель: 5 плюс 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 121,2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 121 конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рииБаллы
Не вы­пол­нен ни один пункт, при­ве­ден­ный ниже, и/или про­сто за­пи­сан вер­ный ответ0
Верно со­став­ле­ны функ­ция тра­ек­то­рии шайбы и функ­ция гра­ни­цы, а также вы­пи­са­ны огра­ни­че­ния на вза­им­ное рас­по­ло­же­ние этих функ­ций5
Верно со­став­ле­но со­от­но­ше­ние для на­хож­де­ния мак­си­маль­но воз­мож­но­го тан­ген­са угла вы­ле­та шайбы и верно вы­пи­сан дис­кри­ми­нант квад­рат­но­го урав­не­ния для этого тан­ген­са10
При вер­ных рас­суж­де­ни­ях до­пу­ще­на одна вы­чис­ли­тель­ная ошиб­ка или ре­ше­ние вы­пи­са­но верно в общем виде и чис­лен­ное ре­ше­ние не до­ве­де­но до конца15
При­ве­де­но пол­но­стью обос­но­ван­ное ре­ше­ние, по­лу­че­ны вер­ные от­ве­ты20