猎狗追兔问题
- 格式:doc
- 大小:76.00 KB
- 文档页数:2
猎狗追兔问题
问题
在旷野上有一只野兔和一条猎狗,猎狗发现了野兔并开始追踪,同时野兔也发现了猎狗,开始向兔穴跑去。
设兔穴位于坐标原点,野兔和猎狗的初始位置分别为(0,)(0,60)b =-和
00(,)(70,15)x y =,
假定猎狗的追踪方向始终对着野兔,猎狗和野兔的奔跑速度分别为 u =5m/s 和 v =3m/s 。
问:猎狗能否在野兔进洞前抓住野兔?
分析:
在时刻t 时,兔子位于(0,)b vt +,设猎狗位于(,)x y ,由于猎狗的追踪方向始终对着野兔,故有 d ()d y y b vt x x
-+= 猎狗在 [0, t ]内走过的路程为
0x x x x ut x x ==⎰⎰ 消去t 后可得
0'x x v xy y b x u
=--⎰ 两边求导
"xy = 初始条件:
00000(), '()y b y x y y x x -== 计算x =0时y 的值,若小于0,则表示能追上兔子,否则表示没追上。
令'z y =, 记/a v u =
,则原方程化为
'xz =
即
d x a x
=
两边取积分可得
(ln ln()z a x c +=+
故 11112a a z c x x c -⎛⎫=- ⎪⎝⎭
其中 10c > 两边再取积分可得
111211121(1)a a c y x x c a a c +-+⎛⎫=-+ ⎪+-⎝⎭
其中 10c > 将初值条件00()y x y =和0000()'()y b z x y x x -==
代入可得
1100a c x y b --⎛=-+ ⎝,111200011121(1)a a c c y x x a a c +-+⎛⎫=-- ⎪+-⎝⎭
当0x =时, 6.0080y ≈-<,故猎狗在野兔进洞前追上了野兔。