一根长度为 3.12 m 的梯子正沿着一堵竖直的墙滑下,使得梯子的底部以 0.2 m/s 的恒定速率沿地面移动(见图)。求当梯子顶部距离地面 1.2 m 时,其沿墙下滑的速率。

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完整解法

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1. Establish a mathematical relationship between the horizontal and vertical distances using Pythagoras' theorem.

Let xx be the horizontal distance of the foot of the ladder from the wall and yy be the vertical height of the top of the ladder.
x2+y2=3.122x^2 + y^2 = 3.12^2

2. Calculate the horizontal distance $x$ at the instant when the height $y$ is $1.2$ m.

When y=1.2y = 1.2:
x2+1.22=3.122x^2 + 1.2^2 = 3.12^2
x2=9.7344−1.44=8.2944x^2 = 9.7344 - 1.44 = 8.2944
Since x>0x > 0,
x=8.2944=2.88 mx = \sqrt{8.2944} = 2.88 \text{ m}

3. Differentiate the equation implicitly with respect to time $t$ to connect the rates of change.

Differentiating both sides with respect to tt:
2xdxdt+2ydydt=02x \frac{dx}{dt} + 2y \frac{dy}{dt} = 0
xdxdt+ydydt=0x \frac{dx}{dt} + y \frac{dy}{dt} = 0

4. Substitute the known values to find the rate at which the ladder is sliding down.

Given that the foot of the ladder moves away at 0.20.2 m/s, dxdt=0.2\frac{dx}{dt} = 0.2.
Substituting x=2.88x = 2.88, y=1.2y = 1.2, and dxdt=0.2\frac{dx}{dt} = 0.2:
(2.88)(0.2)+(1.2)dydt=0(2.88)(0.2) + (1.2)\frac{dy}{dt} = 0
0.576+1.2dydt=00.576 + 1.2\frac{dy}{dt} = 0
dydt=−0.5761.2=−0.48\frac{dy}{dt} = -\frac{0.576}{1.2} = -0.48
The negative sign indicates the height is decreasing. Hence, the top of the ladder is sliding down the wall at a rate of 0.480.48 m/s.

答案

0.480.48 m/s

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