一名驾驶员以恒定速度 V m/s 行驶,经过一个固定点 X 并看到前方车辆很少。他踩下油门,随后他的速度 v m/s 由 v=60et/6v = 60e^{t/6} 给出,其中 tt 是通过 X 后的时间(以秒为单位)。当他通过点 Y 时,他的速度已增加到他在 X 处速度的两倍。

  1. (a)

    求从 X 到 Y 所需的时间。

  2. (b)

    求驾驶员通过 Y 时的加速度。

  3. (c)

    求距离 XY。

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完整解法

8(a)

1. Find the initial velocity at point X

At point X, t=0t = 0.
V=60e0/6=60 m/sV = 60e^{0/6} = 60\text{ m/s}

2. Set up the equation for the time at point Y

Velocity at Y is twice the velocity at X, so v=2×60=120 m/sv = 2 \times 60 = 120\text{ m/s}.
120=60et/6120 = 60e^{t/6}

3. Solve the exponential equation for t

et/6=2e^{t/6} = 2
t6=ln⁡2\frac{t}{6} = \ln 2
t=6ln⁡2≈4.15888≈4.16 st = 6\ln 2 \approx 4.15888 \approx 4.16\text{ s}

答案

4.16 s4.16\text{ s}

8(b)

1. Find the expression for acceleration by differentiating the velocity function with respect to time.

a=dvdt=ddt(60et/6)=60(16)et/6=10et/6a = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(60e^{t/6}) = 60 \left(\frac{1}{6}\right) e^{t/6} = 10e^{t/6}

2. Evaluate the acceleration at point Y.

At Y, the velocity is twice the velocity at X (v=120v = 120), which means 60et/6=120  ⟹  et/6=260e^{t/6} = 120 \implies e^{t/6} = 2.
Substitute this into the acceleration expression:
a=10(2)=20a = 10(2) = 20

答案

20 m/s220\text{ m/s}^2

8(c)

1. Set up the definite integral for the distance travelled from X to Y

From part (a), the time at X is t=0t = 0 and the time at Y is t=6ln⁡2t = 6\ln 2.
Distance XY=∫06ln⁡260et/6 dt\text{Distance } XY = \int_{0}^{6\ln 2} 60e^{t/6} \, dt

2. Integrate the velocity function

∫60et/6 dt=601/6et/6=360et/6\int 60e^{t/6} \, dt = \frac{60}{1/6}e^{t/6} = 360e^{t/6}

3. Evaluate the definite integral to find the distance

Distance XY=[360et/6]06ln⁡2\text{Distance } XY = \left[ 360e^{t/6} \right]_{0}^{6\ln 2}
=360e6ln⁡26−360e0= 360e^{\frac{6\ln 2}{6}} - 360e^{0}
=360eln⁡2−360(1)= 360e^{\ln 2} - 360(1)
=360(2)−360=360= 360(2) - 360 = 360

答案

360 m360\text{ m}

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