Для решения задачи давайте введем следующие обозначения:
- ( v ) - собственная скорость лодки (8 км/ч),
- ( u ) - скорость течения реки (км/ч),
- ( t_1 ) - время движения лодки по течению,
- ( t_2 ) - время движения лодки против течения.
Итак, лодка прошла 10 км по течению и 4 км против течения, затратив на это 1 час 40 минут. Переведем время в часы:
[ 1 \text{ час } 40 \text{ минут } = 1 + \frac{40}{60} = 1 + \frac{2}{3} = \frac{5}{3} \text{ часа}. ]
Теперь запишем уравнения для времени движения по течению и против течения.
- Время движения по течению:
[ t_1 = \frac{10}{v + u} ]
- Время движения против течения:
[ t_2 = \frac{4}{v - u} ]
Суммарное время движения:
[ t_1 + t_2 = \frac{5}{3} ]
Подставим выражения для ( t_1 ) и ( t_2 ):
[ \frac{10}{v + u} + \frac{4}{v - u} = \frac{5}{3} ]
Подставим значение ( v = 8 ) км/ч:
[ \frac{10}{8 + u} + \frac{4}{8 - u} = \frac{5}{3} ]
Теперь решим это уравнение. Найдем общий знаменатель:
[ \frac{10 (8 - u) + 4 (8 + u)}{(8 + u)(8 - u)} = \frac{5}{3} ]
Упростим числитель:
[ 10 (8 - u) + 4 (8 + u) = 80 - 10u + 32 + 4u = 112 - 6u ]
Знаменатель:
[ (8 + u)(8 - u) = 64 - u^2 ]
Получаем уравнение:
[ \frac{112 - 6u}{64 - u^2} = \frac{5}{3} ]
Решим это уравнение методом пропорций:
[ 3 (112 - 6u) = 5 (64 - u^2) ]
Раскроем скобки:
[ 336 - 18u = 320 - 5u^2 ]
Перенесем все члены уравнения в одну сторону:
[ 5u^2 - 18u + 336 - 320 = 0 ]
Упростим:
[ 5u^2 - 18u + 16 = 0 ]
Решим квадратное уравнение с помощью дискриминанта ( D ):
[ D = b^2 - 4ac ]
Где ( a = 5 ), ( b = -18 ), ( c = 16 ):
[ D = (-18)^2 - 4 \cdot 5 \cdot 16 = 324 - 320 = 4 ]
Корни квадратного уравнения находятся по формуле:
[ u_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} ]
[ u_{1,2} = \frac{18 \pm \sqrt{4}}{2 \cdot 5} = \frac{18 \pm 2}{10} ]
Вычислим корни:
[ u_1 = \frac{18 + 2}{10} = \frac{20}{10} = 2 ]
[ u_2 = \frac{18 - 2}{10} = \frac{16}{10} = 1.6 ]
Таким образом, скорость течения реки может быть либо 2 км/ч, либо 1.6 км/ч.