一辆跑车沿着一条直路行驶,以 pp m/s 的速度通过交通路口 AA。不久之后,它以 4040 m/s 的速度通过第二个交通路口 BB。在 AA 和 BB 之间,汽车的速度 vv m/s 由 v=5e0.05t+10v = 5e^{0.05t} + 10 给出,其中 tt 是通过 AA 之后的秒数。

  1. (i)

    写出 pp 的值。

  2. (ii)

    证明从 AA 行驶到 BB 所需的时间为 20ln⁡620 \ln 6 秒。

  3. (iii)

    计算距离 ABAB。

  4. (iv)

    求当 t=30t = 30 s 时汽车的加速度。

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完整解法

10(i)

1. Substitute $t = 0$ into the velocity equation to find the initial speed

At junction AA, t=0t = 0.
v=5e0.05(0)+10v = 5e^{0.05(0)} + 10

2. Evaluate the expression to find $p$

v=5(1)+10=15v = 5(1) + 10 = 15
∴p=15\therefore p = 15

答案

1515

10(ii)

1. Set up the equation for the time at junction $B$

At junction BB, v=40v = 40.
5e0.05t+10=405e^{0.05t} + 10 = 40

2. Isolate the exponential term

5e0.05t=305e^{0.05t} = 30
e0.05t=6e^{0.05t} = 6

3. Solve for $t$ using natural logarithms

0.05t=ln⁡60.05t = \ln 6
t=ln⁡60.05t = \frac{\ln 6}{0.05}
t=20ln⁡6t = 20 \ln 6 (Shown)

答案

Shown

10(iii)

1. Set up the definite integral for the distance $AB$.

Distance AB=∫020ln⁡6v dtAB = \int_{0}^{20 \ln 6} v \, dt
=∫020ln⁡6(5e0.05t+10) dt= \int_{0}^{20 \ln 6} (5e^{0.05t} + 10) \, dt

2. Integrate the velocity function.

∫(5e0.05t+10) dt=[50.05e0.05t+10t]020ln⁡6\int (5e^{0.05t} + 10) \, dt = \left[ \frac{5}{0.05}e^{0.05t} + 10t \right]_{0}^{20 \ln 6}
=[100e0.05t+10t]020ln⁡6= \left[ 100e^{0.05t} + 10t \right]_{0}^{20 \ln 6}

3. Evaluate the definite integral using the limits.

Substitute t=20ln⁡6t = 20 \ln 6:
100e0.05(20ln⁡6)+10(20ln⁡6)=100eln⁡6+200ln⁡6=100(6)+200ln⁡6=600+200ln⁡6100e^{0.05(20 \ln 6)} + 10(20 \ln 6) = 100e^{\ln 6} + 200 \ln 6 = 100(6) + 200 \ln 6 = 600 + 200 \ln 6

Substitute t=0t = 0:
100e0+10(0)=100100e^{0} + 10(0) = 100

Distance =(600+200ln⁡6)−100= (600 + 200 \ln 6) - 100
=500+200ln⁡6= 500 + 200 \ln 6

4. Calculate the final numerical value.

500+200ln⁡6≈858.35≈858500 + 200 \ln 6 \approx 858.35 \approx 858 m (to 3 s.f.)

答案

858858 m

10(iv)

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

a=dvdt=ddt(5e0.05t+10)a = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(5e^{0.05t} + 10)
a=5(0.05)e0.05t=0.25e0.05ta = 5(0.05)e^{0.05t} = 0.25e^{0.05t}

2. Substitute $t = 30$ to find the acceleration.

a=0.25e0.05(30)a = 0.25e^{0.05(30)}
a=0.25e1.5a = 0.25e^{1.5}
a≈1.1204 m/s2a \approx 1.1204 \text{ m/s}^2
a≈1.12 m/s2 (to 3 s.f.)a \approx 1.12 \text{ m/s}^2 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

1.12 m/s21.12 \text{ m/s}^2

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