一个最快到达方案问题

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  一、问题呈现
  甲、乙、丙三人要从A地沿同一路线到60千米外的B地,甲有一辆电动车,除了自己一次只能再搭载一个人.车速为30千米/时,人行走的速度为6千米/时.想要设计方案,使三人能尽快到达B地.现有如下两个方案:
  1.甲先骑车送乙到B地,再返回A地接丙到B地;
  2.甲先骑车送乙到离B地不远的某处,让乙下车步行前往B地,再折返A地接丙到B地;
  3.丙步行往B地走,同时甲骑车送乙到离B地不远的某处,让乙下车步行前往B地,再折返接上步行前来的丙,三人同时到达B地.
  二、问题分析
  方案1、2中,因为没有让人与车进行充分同時行动,故必然不是最快到达方案;
  方案3中,行走情况用线段图示意如下:(其中实线代表骑车,虚线代表步行),因此,关键在于何时把乙放下,让他步行到B地,同时甲回头,并在点E处遇到正在行走中的丙.
  三、问题解决
  依据原题题意,要求三人同时到达,故:
  车走AC的时间 乙走BC的时间=丙走AE的时间 车走BE的时间
  可设:BC=x千米,则AC=(60-x)千米.
  方法1 因为从开始车和丙一直都在走,故
  丙从A到B的时间=车走AC,CE,EB时间的和用含有x的代数式表示CE是问题的关键,
  由于V车∶V人=30∶6=5∶1,
  所以AD=15AC,CD=45AC,
  在CD段丙与车相向而行,是相遇问题,
  故CE=55 1CD=56CD=56×45AC=23AC=23(60-x),
  故AC CE EB=(60-x) 23(60-x) 23(60-x) x=60 43(60-x)=140-43x,
  可列方程60-x30 x6=140-43x30,
  解得x=15.
  方法2 若要三人同时到达B地,则乙后走的CB段路程必须等于丙先走的AE段路程.
  设BC=x千米,则AE=BC=x千米,CE=(60-2x)千米.
  依据乙走CB的时间等于车走CE EB的时间,可列方程如下:
  x6=(60-2x) (60-x)30,
  解得x=15.
  注意:此法,对车辆载人后速度发生变化时也一样适用.
  方法3 若要三人最快到达,则应该三人都在行进,同时到达B地.
  ∵车走AC的时间 乙走BC的时间=丙走AE的时间 车走BE的时间,且车速、人行走的速度都不变,所以二者只是先后顺序不同,BC必等于AE.即只有乙、丙两人步行的路程和乘车的路程分别相等,两批人才能同时到达.而30÷6=5,即车速是步行速度的5倍,所以可得下图:
  上图中,AC和AD段甲乘车、丙步行时间相同;CE和DE段甲、丙的时间也相同.所以,AC是AD的5倍,CE是DE的5倍.于是假设DE的长为y,那么CE为5y,CD=DE CE=6y,而CD是AD的4倍,AD=6y÷4=1.5y,CB=AE=1.5y y=2.5y.
  由此,一共有1.5y 6y 2.5y=10y,点C所在的位置就是2.5y10y=14处,60的14是15,所以在离B地15千米处把甲放下来即可.
  四、问题的一般化
  假设车速是步行速度的k倍,依据以上方法3可得下图:
  同样的方法可以得出:
  CBAB=(k 1)yk-1 y(k 1)yk-1 (k 1)y (k 1)yk-1 y=2k 3.
  所以,对这种最快到达方案问题,若载人后车速发生变化,则可依据方法2列方程进行计算,若车速始终不变,只要计算2k 3的值,就可以知道该怎样设计方案了.
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