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

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

(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:(1)法一　设相遇时小艇的航行距离为s海里,则
s=
=
= .
故当t= 时,s _min =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 =20 ² +(30t) ² -2×20×30t×cos(90°-30°),
化简得v ² = - +900
=400( - ) ² +675.
由于0<t≤ ,即 ≥2,
所以当 =2时,v取得最小值10 ,
即小艇航行速度的最小值为10 海里/时.
(3)由(2)知v ² = - +900,
设 =u(u>0),于是400u ² -600u+900-v ² =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 <v<30.
所以v的取值范围是(15 ,30).