已知数轴上有A,B,C三点,分别代表-12,-5,5,两只电子蚂蚁甲、乙分别从A,C两点同时出发,甲的速度是每秒2个单位,乙的速度是每秒3个单位 (1)若甲、乙相向而行,问甲、乙在数轴上的哪个点相遇? (2)若甲、乙相向而行,问多少秒后甲到A,B,C的距离和为20个单位? (3)在(2)的条件下,当甲到A,B,C的距离和为20个单位时,甲调头返回,问甲、乙还能在数轴上相遇吗?若能,求出相遇点;若不能,请说明理由.

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完整解法

(1)

1. 分析相遇问题并建立一元一次方程求解相遇时间

设甲、乙行驶 xx 秒时相遇。根据相向而行相遇,两人行驶的路程和等于 A、C 两点之间的距离。
已知 A 点代表 −12-12,C 点代表 55,则 AC 之间的距离为 5−(−12)=175 - (-12) = 17。
根据题意可得方程:
2x+3x=172x + 3x = 17
解得:
x=3.4x = 3.4

2. 求出相遇点在数轴上对应的数

相遇时甲从 A 点向右行驶了:
2×3.4=6.82 \times 3.4 = 6.8 个单位。
相遇点所对应的数为:
−12+6.8=−5.2-12 + 6.8 = -5.2

答案

甲、乙在数轴上表示 -5.2 的点相遇。

(2)

1. 设时间变量并用绝对值表示距离之和

设甲运动时间为 yy 秒(y≥0y \ge 0),则甲在数轴上表示的数为 −12+2y-12 + 2y。
由于 A、B、C 分别代表 −12,−5,5-12, -5, 5,甲到 A,B,C 的距离和可表示为:
∣(−12+2y)−(−12)∣+∣(−12+2y)−(−5)∣+∣(−12+2y)−5∣=20|(-12 + 2y) - (-12)| + |(-12 + 2y) - (-5)| + |(-12 + 2y) - 5| = 20
化简得:
2y+∣2y−7∣+∣2y−17∣=202y + |2y - 7| + |2y - 17| = 20

2. 分区间去绝对值并求解方程

由于 2y≥02y \ge 0,分以下区间讨论甲的位置:
① 当甲在 A、B 之间,即 −12≤−12+2y≤−5-12 \le -12 + 2y \le -5(即 0≤y≤3.50 \le y \le 3.5)时:
2y+(7−2y)+(17−2y)=20  ⟹  24−2y=20  ⟹  y=22y + (7 - 2y) + (17 - 2y) = 20 \implies 24 - 2y = 20 \implies y = 2
② 当甲在 B、C 之间,即 −5<−12+2y≤5-5 < -12 + 2y \le 5(即 3.5<y≤8.53.5 < y \le 8.5)时:
2y+(2y−7)+(17−2y)=20  ⟹  2y+10=20  ⟹  y=52y + (2y - 7) + (17 - 2y) = 20 \implies 2y + 10 = 20 \implies y = 5
③ 当甲在 C 的右侧,即 −12+2y>5-12 + 2y > 5(即 y>8.5y > 8.5)时:
2y+(2y−7)+(2y−17)=20  ⟹  6y−24=20  ⟹  y=7.332y + (2y - 7) + (2y - 17) = 20 \implies 6y - 24 = 20 \implies y = 7.33
(此时 y=7.33y = 7.33 不满足 y>8.5y > 8.5,舍去)

3. 汇总得出时间结论

综上所述,当甲运动时间为 2 秒或 5 秒时,甲到 A,B,C 的距离和为 20 个单位。

答案

若甲、乙相向而行,2 秒或 5 秒后甲到 A,B,C 的距离和为 20 个单位。

(3)

1. 讨论甲在 2 秒后调头的情况并求出相遇点

第一种情况:甲在运动 2 秒后调头。
此时甲的位置为:−12+2×2=−8-12 + 2 \times 2 = -8;乙的位置为:5−3×2=−15 - 3 \times 2 = -1。
此时甲在 −8-8,乙在 −1-1,甲调头向左,速度为 2;乙继续向左,速度为 3。
设调头后再经过 zz 秒两只蚂蚁相遇。相遇时它们在数轴上表示的数相同:
−8−2z=−1−3z-8 - 2z = -1 - 3z
解得:
z=7z = 7
因为 z=7>0z = 7 > 0,符合实际,所以可以相遇。
相遇点为:−8−2×7=−22-8 - 2 \times 7 = -22

2. 讨论甲在 5 秒后调头的情况并进行合理性判定

第二种情况:甲在运动 5 秒后调头。
此时甲的位置为:−12+2×5=−2-12 + 2 \times 5 = -2;乙的位置为:5−3×5=−105 - 3 \times 5 = -10。
此时甲在 −2-2,乙在 −10-10,甲调头向左,速度为 2;乙继续向左,速度为 3。
设调头后再经过 zz 秒两只蚂蚁相遇:
−2−2z=−10−3z-2 - 2z = -10 - 3z
解得:
z=−8z = -8
由于时间 zz 必须大于 0,故 z=−8z = -8 不合题意,舍去。即此种情况下两蚂蚁不能相遇。

3. 总结最终相遇点

综上所述,甲、乙还能在数轴上相遇,相遇点表示的数为 −22-22。

答案

甲、乙还能在数轴上相遇,相遇点为 -22。

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