甲乙两人同时同地沿同一路线走到同一地点,甲有一半时间以速度mm行走,另一半时间以速度nn行走;有一半路程乙以速度mm行走,另一半路程以速度nn行走,如果m≠nm≠n,甲乙两人谁先到达指定地点()(\quad)
A. 甲
B. 乙
C. 甲乙同时到达
D. 无法判断

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完整解法

1. 用代数式分别表示出甲、乙两人走完全程所用的时间

设从出发点到指定地点的总路程为 SS (S>0S > 0),甲、乙两人走完这段路程所用的时间分别为 t1t_1 和 t2t_2。
根据题意,对于甲,有一半时间以速度 mm 行走,另一半时间以速度 nn 行走:
t12m+t12n=S  ⟹  t1=2Sm+n\frac{t_1}{2}m + \frac{t_1}{2}n = S \implies t_1 = \frac{2S}{m+n}
对于乙,有一半路程以速度 mm 行走,另一半路程以速度 nn 行走:
t2=S2m+S2n=S(m+n)2mnt_2 = \frac{S}{2m} + \frac{S}{2n} = \frac{S(m+n)}{2mn}

2. 比较两人所用时间的大小并得出结论

方法一(作差法):
对 t1t_1 和 t2t_2 进行作差比较:
t1−t2=2Sm+n−S(m+n)2mn=S⋅4mn−(m+n)22mn(m+n)=−S(m−n)22mn(m+n)t_1 - t_2 = \frac{2S}{m+n} - \frac{S(m+n)}{2mn} = S \cdot \frac{4mn - (m+n)^2}{2mn(m+n)} = -\frac{S(m-n)^2}{2mn(m+n)}
由于 S>0S > 0,m>0m > 0,n>0n > 0,且 m≠nm \neq n,故 (m−n)2>0(m-n)^2 > 0。
因此 t1−t2<0t_1 - t_2 < 0,即 t1<t2t_1 < t_2,说明甲所用时间较短,甲先到达。

方法二(基本不等式法):
甲的平均速度为 v1=St1=m+n2v_1 = \frac{S}{t_1} = \frac{m+n}{2},乙的平均速度为 v2=St2=2mnm+nv_2 = \frac{S}{t_2} = \frac{2mn}{m+n}。
根据基本不等式,因为 m≠nm \neq n,所以:
m+n2>2mnm+n\frac{m+n}{2} > \frac{2mn}{m+n}
即甲的平均速度大于乙的平均速度,故甲先到达。

故选 A。

答案

A

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