Το Σκαθάρι που Τρώει τα Βιβλία: Πόσο Χρόνο Χρειάζεται για να Δραπετεύσει;
Πέντε ίδια βιβλία, πάχους 3 cm το καθένα, είναι τοποθετημένα σφιχτά στη σειρά σε ένα ράφι. Κάθε βιβλίο έχει εξώφυλλο και οπισθόφυλλο πάχους 5 mm.
Ένα μικρό έντομο παγιδεύεται μέσα στο μπροστινό εξώφυλλο του τόμου 1 και αρχίζει να τρώει τα βιβλία οριζόντια, κατευθυνόμενο από τα αριστερά προς τα δεξιά, μέχρι να δραπετεύσει περνώντας έξω από τον τόμο 5.
Η ταχύτητά του ξεκινά από 20 mm/ώρα και μειώνεται σταθερά κατά 1 mm/ώρα κάθε ώρα (για παράδειγμα, μετά από μισή ώρα είναι 19,5 mm/ώρα). Η ταχύτητα δεν επηρεάζεται από το αν τρώει χαρτί ή εξώφυλλα.
Να δείξετε ότι ο συνολικός χρόνος που χρειάζεται το έντομο για να φτάσει έξω από τον τόμο 5 είναι 7 ώρες και 45 λεπτά.
The Book-Eating Beetle: How Long Does It Take to Escape?
Five identical books, each of 3 cm thickness, are placed tightly in a row on a bookshelf. Each book has a front cover and a back cover, each of 5 mm thickness.
A small insect is trapped inside the front cover of volume 1 and starts eating its way horizontally from left to right, until it finally escapes by exiting through volume 5.
Its speed starts at 20 mm/hour and decreases linearly by 1 mm/hour every hour (for example, after half an hour it is 19.5 mm/hour). The speed is not affected by whether it is chewing through pages or covers.
Show that the total time needed for the insect to reach the outside of volume 5 is 7 hours and 45 minutes.

1 σχόλιο:
Έστω ότι το έντομο χρειάζεται t ώρες για να βγει από τον τόμο 5.
ΑπάντησηΔιαγραφήΗ ταχύτητά του μειώνεται γραμμικά:
20, 19, 18,…
δηλαδή μετά από x ώρες η ταχύτητα είναι:
(20−x) mm/ώρα
1. Πόση απόσταση διανύει;
Σε χρόνο t, η μέση ταχύτητα είναι:
υμ=(αρχική +τελική)/2 === υμ=(20+(20-t))/2 === υμ=20-t/2 (1)
Άρα η συνολική απόσταση είναι:
Απόσταση=μέση ταχύτητα *χρόνο
St=υμ*t === St=t*(20-t/2) (2)
2. Ποια είναι η συνολική απόσταση μέσα στα βιβλία;
Το έντομο πρέπει να περάσει:
• το υπόλοιπο του τόμου 1 μετά το μπροστινό εξώφυλλο:
25 mm
• τους τόμους 2, 3, 4:
3×30=90 mm
• όλο τον τόμο 5:
(μπροστινό + οπισθόφυλλο μέχρι να βγει έξω)
10 mm
Σύνολο:
25+90+10=125 mm (3)
Άρα η συνολική απόσταση ισούται με:
t*(20-t/2)=125 === t*(40-t)=125*2 === 40t-t^2=250 === t^2-40t+250=0 (4)
t=(40±sqrt[(-40)^2-4*1*250])/2 ===t=(40±sqrt[1.600-1.000])/2
t=(40±sqrt[600])/2 === t=(40±sqrt[100*6])/2 === t=(40±10*sqrt[6])/2
Διαιρούμε δια 2 κι’ έχουμε:
t=2*(40±10*sqrt[6])/2 === t=(20±5*sqrt[6]) (5)
Παίρνουμε τη μικρότερη λύση:
t=20-5*sqrt[6] === t=20-5*2,450 === t=20-12,25 === t= ≈7,75 ώρες
7 ώρες
Μετατρέπουμε τις 0,75 ώρες σε πρώτα λεπτά κι έχουμε:
0,75*60=45 λεπτά
Επομένως ο συνολικός χρόνος που χρειάζεται το έντομο για να να διασχίσει και τους 5 τόμους είναι 7 ώρες και 45 λεπτά περίπου.