Для решения этой задачи введем переменные и определим основные уравнения.
Пусть:
- ( v ) — первоначальная скорость мотоциклиста в км/ч.
- ( v - 10 ) — скорость мотоциклиста на обратном пути в км/ч.
- ( t ) — время в часах, которое мотоциклист затратил на путь от пункта А до пункта Б.
Так как расстояние между пунктами А и Б составляет 40 км, время на путь туда можно выразить как:
[ t = \frac{40}{v} ]
Время на обратный путь будет:
[ t_{\text{обратно}} = \frac{40}{v - 10} ]
Из условия задачи известно, что на обратный путь мотоциклист затратил на 20 минут больше (что эквивалентно ( \frac{1}{3} ) часа). Следовательно, уравнение времени будет:
[ t_{\text{обратно}} = t + \frac{1}{3} ]
Теперь подставим выражения для времени в это уравнение:
[ \frac{40}{v - 10} = \frac{40}{v} + \frac{1}{3} ]
Решим это уравнение. Для начала избавимся от дробей, домножив всё уравнение на общий знаменатель ( 3v(v - 10) ):
[ 3v(v - 10) \cdot \frac{40}{v - 10} = 3v(v - 10) \cdot \frac{40}{v} + 3v(v - 10) \cdot \frac{1}{3} ]
Получим:
[ 120v = 120(v - 10) + v(v - 10) ]
Раскроем скобки:
[ 120v = 120v - 1200 + v^2 - 10v ]
Сократим ( 120v ) с обеих сторон:
[ 0 = v^2 - 10v - 1200 ]
Уравнение свелось к квадратному:
[ v^2 - 10v - 1200 = 0 ]
Решим его с помощью дискриминанта. Дискриминант равен:
[ D = b^2 - 4ac = (-10)^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-1200) = 100 + 4800 = 4900 ]
Найдем корни квадратного уравнения:
[ v = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{10 \pm \sqrt{4900}}{2} = \frac{10 \pm 70}{2} ]
Получаем два возможных значения для скорости:
[ v = \frac{80}{2} = 40 ]
[ v = \frac{-60}{2} = -30 ]
Очевидно, что скорость не может быть отрицательной, значит, первоначальная скорость мотоциклиста равна 40 км/ч.
Ответ: первоначальная скорость мотоциклиста составляет 40 км/ч.