Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2118
i

3Б. Будем счи­тать, что Земля имеет форму шара ра­ди­у­сом R=6400 км. Из­вест­но, что ра­дио­вол­ны, на ко­то­рых ве­дет­ся те­ле­ве­ща­ние, рас­про­стра­ня­ют­ся по пря­мой. Пред­по­ло­жим, что те­ле­пе­ре­дат­чик рас­по­ло­жен на вы­со­те h от зем­ной по­верх­но­сти. Обо­зна­чим через l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка рас­сто­я­ние по по­верх­но­сти Земли от ос­но­ва­ния те­ле­баш­ни (или от той точки Земли, ко­то­рая рас­по­ло­же­на ближе всего к ре­транс­ля­ци­он­но­му спут­ни­ку) до самой даль­ней точки, в ко­то­рой воз­мо­жен прием те­ле­пе­ре­да­чи.

а)  Най­ди­те наи­мень­шее зна­че­ние h, при ко­то­ром прием воз­мо­жен во всех точ­ках не­ко­то­ро­го ме­ри­ди­а­на се­вер­нее 60 гра­ду­сов ю. ш. и южнее 60 гра­ду­сов с. ш., если спут­ник висит над эк­ва­то­ром?

б)  До­ка­жи­те, что \lim\limits_h\to0 дробь: чис­ли­тель: l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби =1.

в)  Пред­по­ло­жим, что пе­ре­дат­чик раз­ме­щен на Луне (т. е. на рас­сто­я­нии 400 000 км от цен­тра Земли). По­ка­жи­те, что в этом слу­чае l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше чет­вер­ти длины эк­ва­то­ра по край­ней мере на 100 км.

г)  Для того, чтобы обес­пе­чить связь между двумя пунк­та­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми на рас­сто­я­нии 1600 км друг от друга, ре­ше­но по­стро­ить ра­дио­ре­лей­ную линию. До­ка­жи­те, что если вы­со­та мачт этой линии равна 31,25 метра, то по­тре­бу­ют­ся не менее 41 таких мачт.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  На чер­те­же OB=OC=OM=R, AM=h, AB, AC — ка­са­тель­ные к окруж­но­сти, \angle BOA=\angle COA= альфа (точке A со­от­вет­ству­ет по­ло­же­ние пе­ре­дат­чи­ка, точке O — цен­тра Земли). По усло­вию долж­но вы­пол­нять­ся не­ра­вен­ство  альфа боль­ше или равно 60 гра­ду­сов, для этого не­об­хо­ди­мо и до­ста­точ­но, чтобы:

 ко­си­нус альфа мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: OB, зна­ме­на­тель: OA конец дроби мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби рав­но­силь­но 2R мень­ше или равно R плюс h рав­но­силь­но h боль­ше или равно R.

б)  Длина дуги BM равна l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка , ясно, что l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка =R альфа . За­ме­тим, что

 синус альфа = дробь: чис­ли­тель: AB, зна­ме­на­тель: AO конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус R в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: R плюс h конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: R плюс h конец дроби .

По­нят­но, что если h\to0, то  синус альфа \to0 и  альфа \to0. По­это­му

 \lim_h\to0 дробь: чис­ли­тель: l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби = \lim_h\to0 дробь: чис­ли­тель: альфа R синус альфа , зна­ме­на­тель: синус альфа ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби = \lim_h\to0 дробь: чис­ли­тель: R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби =1.

в)  На чер­те­же OB=OM=R, AM=h, AB — ка­са­тель­ная к окруж­но­сти, \angle BOA= альфа , длина дуги BM равна l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка . Дуга CM — чет­верть эк­ва­то­ра, \angle COB=\angle BAO= бета (точке A со­от­вет­ству­ет по­ло­же­ние пе­ре­дат­чи­ка, точке O — цен­тра Земли). Тре­бу­ет­ся до­ка­зать, что длина дуги BC не мень­ше 100 км. Но эта длина равна R бета . Вы­во­дим:

R бета боль­ше R синус бета =R ко­си­нус альфа = дробь: чис­ли­тель: R в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: AO конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 6400 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 400000 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 12 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 10 в сте­пе­ни 4 , зна­ме­на­тель: 4 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 5 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 10 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 10 конец дроби боль­ше 100.

г)  На чер­те­же точ­кам A и B со­от­вет­ству­ют вер­ши­ны мачт, OC=OM=OK=R, AM=BK=h, AB — ка­са­тель­ная к окруж­но­сти в точке C, \angle BOC=\angle AOC= альфа , длина дуги BC равна l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка . Обо­зна­чим s — рас­сто­я­ние между ос­но­ва­ни­я­ми двух со­сед­них мачт (при ука­зан­ном их рас­по­ло­же­нии), s=2l левая круг­лая скоб­ка h пра­вая круг­лая скоб­ка =2R альфа . По­сколь­ку  синус альфа мень­ше альфа мень­ше тан­генс альфа , то 2R синус альфа мень­ше 2R альфа мень­ше 2R тан­генс альфа , таким об­ра­зом,

 дробь: чис­ли­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: R плюс h конец дроби мень­ше s мень­ше 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та .

Пусть S=1600 км. По­лу­чим:

 дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: конец дроби 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та мень­ше дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: s конец дроби мень­ше дробь: чис­ли­тель: S левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби .

Те­перь оце­ним длину по­лу­чен­но­го ин­тер­ва­ла

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: S левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ,

для этого за­ме­тим, что вы­пол­ня­ет­ся не­ра­вен­ство  ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та мень­ше ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , причём

 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 6400 умно­жить на 625 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 4 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка =20 левая круг­лая скоб­ка км пра­вая круг­лая скоб­ка .

Те­перь за­пи­шем:

 дробь: чис­ли­тель: S левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: конец дроби 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: Sh, зна­ме­на­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби =
= дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: 8 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби мень­ше дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: 8 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: 160 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 31,25 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 160 конец дроби мень­ше 1.

Те­перь предъ­явим еще одно число из ин­тер­ва­ла  левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: S левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка  — число  дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1600, зна­ме­на­тель: 40 конец дроби =40. То, что оно при­над­ле­жит этому ин­тер­ва­лу сле­ду­ет из двой­но­го не­ра­вен­ства

 дробь: чис­ли­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: R плюс h конец дроби мень­ше 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та мень­ше 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та .

Пра­вая часть ко­то­ро­го оче­вид­на, а левую часть до­ка­зы­ва­ет­ся воз­ве­де­ни­ем в квад­рат:

 дробь: чис­ли­тель: 2R ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh плюс h в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: R плюс h конец дроби мень­ше 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2Rh конец ар­гу­мен­та рав­но­силь­но R в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка 2Rh плюс h в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 2Rh левая круг­лая скоб­ка R плюс h пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те рав­но­силь­но 2R в квад­ра­те h плюс Rh в квад­ра­те мень­ше 2R в квад­ра­те h плюс 4Rh в квад­ра­те плюс 2h в кубе .

По­сколь­ку число  дробь: чис­ли­тель: S, зна­ме­на­тель: s конец дроби от­ли­ча­ет­ся от 40 мень­ше, чем на еди­ни­цу, то число участ­ков между со­сед­ни­ми мач­та­ми (при вы­бран­ном нами и тем более при вся­ком ином спо­со­бе их рас­по­ло­же­ния) долж­но быть не мень­ше 40, но это и озна­ча­ет, что нужно не менее 41 мачты.

 

Ответ: а) h боль­ше или равно R левая круг­лая скоб­ка h боль­ше или равно 6400 пра­вая круг­лая скоб­ка км; в) см. рис.

? Источники:
? Классификатор: Гео­мет­рия
?
Сложность: 11 из 10