Math Problem Statement

用中文做解答

Solution

我们来看一下这道题的具体解答:

题目分析

一个人以 6 m/s 的速度去追停在交通灯前的汽车,当他离汽车 25 m 时,交通灯变绿,汽车以 1 m/s² 的加速度匀加速开走。

问题解答

我们需要计算行人是否能够追上汽车,以及追上的时间或者最短距离。

设行人追上汽车所需的时间为 tt 秒。

行人的位移公式:

行人以恒定速度 6 m/s 追赶汽车,所以行人的位移公式为:

s1=6ts_1 = 6t

汽车的位移公式:

汽车从静止开始以 1 m/s² 的加速度匀加速运动,所以汽车的位移公式为:

s2=121t2=12t2s_2 = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot t^2 = \frac{1}{2} t^2

追赶问题的位移关系:

行人需要追赶汽车,追上时的位移关系应该是行人位移等于汽车位移加上初始距离 25 m:

6t=12t2+256t = \frac{1}{2} t^2 + 25

整理这个方程:

t212t+50=0t^2 - 12t + 50 = 0

我们已经知道这个二次方程的解,因为之前已经求过:

t=6±14it = 6 \pm \sqrt{14}i

这表明该方程没有实数解,因此行人追不上汽车。

最短距离计算

虽然行人追不上汽车,我们需要计算两者的最近距离。假设行人追到最短距离时的时间为 tt 秒。此时行人的位移和汽车的位移之差最小。

行人和汽车的位移函数分别为:

行人的位移:s1=6ts_1 = 6t

汽车的位移:s2=12t2s_2 = \frac{1}{2} t^2

行人和汽车的距离:d(t)=25+12t26td(t) = 25 + \frac{1}{2} t^2 - 6t

我们要找到 d(t)d(t) 的最小值,对其求导并设导数为零:

ddt(25+12t26t)=t6\frac{d}{dt} \left(25 + \frac{1}{2} t^2 - 6t \right) = t - 6

设导数为零:

t6=0t - 6 = 0

所以, t=6t = 6 秒。

代入 t=6t = 6 秒计算最短距离:

d(6)=25+12(6)266d(6) = 25 + \frac{1}{2} (6)^2 - 6 \cdot 6

d(6)=25+1836d(6) = 25 + 18 - 36

d(6)=7d(6) = 7

因此,两者之间的最短距离为 7 米。

综上所述,正确选项是:

D\boxed{D} 人追不上汽车,其间最近距离为 7 m。

如果您有其他问题或需要更详细的解释,请告诉我。以下是一些相关问题,您可能想问:

  1. 如何计算匀加速运动的位移?
  2. 如何解二次方程?
  3. 如何分析追赶问题?
  4. 如何求函数的极值?
  5. 如何处理运动中的相对速度问题?

提示: 在处理运动问题时,注意区分不同物体的位移、速度和加速度,并正确设置初始条件和边界条件。

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