Наибольшее… — Задание 17 ЕГЭ по математике №00045615
Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах
№2. Задание 17
ID: 00045615
Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает вынужденные поперечные колебания. Зависимость амплитуды этих колебаний (в градусах) от периода волны $\tau$ (в секундах) выражается формулой $A(\tau)=k\theta_0\frac{\tau^2}{\sqrt{(T^2-\tau^2)^2+n\tau^2T^2}}$. Коэффициент $k$ определяется отношением ширины лайнера к длине волны, $\theta_0$ — угол наибольшего волнового склона, $T$ — период свободных поперечных колебаний лайнера на тихой воде, $n$ — числовой коэффициент $(0\lt n\lt 0{,}5)$. При каком периоде волны $\tau$ амплитуда вынужденных колебаний лайнера будет наибольшей, если $T=14{,}2$ с?
Источник: Сборник Ященко 2027
Решение
Предположим положительный постоянный множитель $k\theta_0$, соответствующий ненулевой амплитуде. После деления выражения под корнем на $\tau^4$ амплитуда имеет вид $k\theta_0/\sqrt{Q}$, где $Q=(T^2/\tau^2)^2+(n-2)T^2/\tau^2+1$.
Обозначим $u=T^2/\tau^2\gt0$. Величина $Q=u^2-(2-n)u+1$ — квадратный трёхчлен. Его график направлен вверх, вершина имеет абсциссу $u=(2-n)/2$.
Убедимся, что это допустимый минимум: при $0\lt n\lt0{,}5$ вершина находится на положительной полуоси, а $Q_{min}=1-(2-n)^2/4=n(4-n)/4\gt0$.
При минимальном положительном знаменателе амплитуда максимальна. Из $T^2/\tau^2=(2-n)/2$ получаем $\tau=T\sqrt{2/(2-n)}$. С учётом $T=14{,}2$ ответ равен $14{,}2\sqrt{2/(2-n)}$ с.
Проверим производной исходного отношения после замены $x=\tau^2/T^2$: производная $x^2/(x^2+(n-2)x+1)$ имеет знак $2-(2-n)x$. Он меняется с плюса на минус при $x=2/(2-n)$, что подтверждает максимум.
Ответ
$\tau=14{,}2\sqrt{\frac2{2-n}}$ с.
Другие задания по теме «Наибольшее и наименьшее значение в физических задачах» (8)
- Задание 17 №00045649 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045648 — На противоположных берегах прямого участка реки друг напротив друга на…
- Задание 17 №00045647 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045646 — При подключении источника переменного тока к цепи, состоящей из конденсатора,…
- Задание 17 №00045645 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045644 — К блоку солнечных панелей с электродвижущей силой эпсилон равно 30 В и…
- Задание 17 №00045643 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…
- Задание 17 №00045642 — Круизный лайнер стоит в океане бортом к волне. Под действием волн он испытывает…