一个球在一跳直线上滚动,它与起点的距离 s cms\text{ cm} 可以用以下方程建模:
s=at+bt+4+c,s = at + \frac{b}{\sqrt{t} + 4} + c,
其中 tt 是以秒为单位的时间,aa、bb 和 cc 是实常数。
当 t=0t = 0 时,球在起点,并且在最初的 5 秒内移动了 10 cm。在接下来的 16 秒内它又移动了 9 cm。求当 t=50t = 50 时球与起点的距离。

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完整解法

1

1. Use the initial condition at $t = 0$ to express $c$ in terms of $b$.

When t=0t = 0, the ball is at the starting point, meaning s=0s = 0.
0=a(0)+b0+4+c0 = a(0) + \frac{b}{\sqrt{0} + 4} + c
0=0+0.25b+c  ⟹  c=−0.25b0 = 0 + 0.25b + c \implies c = -0.25b

2. Use the condition for the first 5 seconds to form an equation relating $a$ and $b$.

When t=5t = 5, the distance s=10s = 10.
10=5a+b5+4+c10 = 5a + \frac{b}{\sqrt{5} + 4} + c
Substituting c=−0.25bc = -0.25b:
10=5a+b(15+4−0.25)10 = 5a + b\left(\frac{1}{\sqrt{5} + 4} - 0.25\right)

ight)$$ $$a = 2 + \frac{\sqrt{5}}{20(\sqrt{5} + 4)}b \quad \text{--- (1)}$$

3. Use the condition for the next 16 seconds to form a second equation relating $a$ and $b$.

The ball moved another 99 cm in the next 1616 seconds, so at t=5+16=21t = 5 + 16 = 21, the distance from the start is s=10+9=19s = 10 + 9 = 19.
19=21a+b21+4+c19 = 21a + \frac{b}{\sqrt{21} + 4} + c
Substituting c=−0.25bc = -0.25b:
19=21a+b(121+4−0.25)19 = 21a + b\left(\frac{1}{\sqrt{21} + 4} - 0.25\right)

ight)$$ $$a = \frac{19}{21} + \frac{\sqrt{21}}{84(\sqrt{21} + 4)}b \quad \text{--- (2)}$$

4. Solve the simultaneous equations to find the values of $a$, $b$, and $c$.

Equating (1) and (2):
2+520(5+4)b=1921+2184(21+4)b2 + \frac{\sqrt{5}}{20(\sqrt{5} + 4)}b = \frac{19}{21} + \frac{\sqrt{21}}{84(\sqrt{21} + 4)}b
b(520(5+4)−2184(21+4))=1921−2b \left( \frac{\sqrt{5}}{20(\sqrt{5} + 4)} - \frac{\sqrt{21}}{84(\sqrt{21} + 4)} \right) = \frac{19}{21} - 2
Using calculator values to at least 5 significant figures for intermediate accuracy:
b(0.017928−0.0063564)≈−1.0952b (0.017928 - 0.0063564) \approx -1.0952
0.011572b≈−1.0952  ⟹  b≈−94.6450.011572 b \approx -1.0952 \implies b \approx -94.645
Substitute bb back to find aa and cc:
c=−0.25(−94.645)≈23.661c = -0.25(-94.645) \approx 23.661
a≈2+0.017928(−94.645)≈0.30316a \approx 2 + 0.017928(-94.645) \approx 0.30316

5. Calculate the distance $s$ when $t = 50$.

Substitute aa, bb, cc and t=50t = 50 into the model:
s=50(0.30316)+−94.64550+4+23.661s = 50(0.30316) + \frac{-94.645}{\sqrt{50} + 4} + 23.661
s≈15.158−8.549+23.661=30.270s \approx 15.158 - 8.549 + 23.661 = 30.270
Rounding to 3 significant figures, s≈30.3s \approx 30.3 cm.

答案

30.330.3 cm

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