Небольшой мячик бросают под острым углом $\alpha$ к плоской горизонтальной поверхности земли. Максимальная высота полёта мячика, выраженная в метрах, определяется формулой $ H = \frac{v_0^2}{4g}(1 - \cos 2\alpha), $ где $v_0 = 22$ м/с — начальная скорость мячика, $g = 10$ м/с² — ускорение свободного падения. При каком наименьшем значении угла $\alpha$ (в градусах) мячик пролетит над стеной высотой 5,05 м на расстоянии 1 м?
Из текста выясняем, что высота полёта должна быть не меньше $H = 5{,}05 + 1 = 6{,}05$ м. [NEWLINE] Выразим $\alpha$: [NEWLINE] \[ H = \frac{v_0^2}{4g}(1 - \cos 2\alpha) \quad \Big| \cdot \frac{4g}{v_0^2} \] [NEWLINE] \[ \frac{4gH}{v_0^2} = 1 - \cos 2\alpha \] [NEWLINE] \[ \cos 2\alpha = 1 - \frac{4gH}{v_0^2} \] [NEWLINE] \[ 2\alpha = \pm \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right) + 2\pi n,\quad n \in \mathbb{Z} \] [NEWLINE] \[ \alpha = \pm \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right) + \pi n,\quad n \in \mathbb{Z} \] [NEWLINE] \(\) [NEWLINE] Не забываем, что ответ должен быть в градусах, наименьший, и $\alpha$ — острый угол ($0^\circ < \alpha < 90^\circ$), отрицательные и большие $90^\circ$ — посторонние. Итого: [NEWLINE] \[ \alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right) \] [NEWLINE] \(\) [NEWLINE] Подставляем: \[ \alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4 \cdot 10 \cdot 6{,}05}{22^2}\right) \] [NEWLINE] $ \alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{242}{484}\right) = $$\frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{1}{2}\right) = \frac{1}{2} \arccos\!\left(\frac{1}{2}\right)$ [NEWLINE] $ \arccos\left(\frac{1}{2}\right) = 60^\circ \quad \Rightarrow $$\quad \alpha = \frac{1}{2} \cdot 60^\circ = 30^\circ $
Задание 10, (№742 в банке заданий)
Небольшой мячик бросают под острым углом \alpha к плоской горизонтальной поверхности земли. Максимальная высота полёта мячика, выраженная в метрах, определяется формулой H = \frac{v_0^2}{4g}(1 - \cos 2\alpha), где v_0 = 22 м/с — начальная скорость мячика, g = 10 м/с² — ускорение свободного падения. При каком наименьшем значении угла \alpha (в градусах) мячик пролетит над стеной высотой 5,05 м на расстоянии 1 м?

Решение:

Из текста выясняем, что высота полёта должна быть не меньше H = 5{,}05 + 1 = 6{,}05 м.
Выразим \alpha :
H = \frac{v_0^2}{4g}(1 - \cos 2\alpha) \quad \Big| \cdot \frac{4g}{v_0^2}
\frac{4gH}{v_0^2} = 1 - \cos 2\alpha
\cos 2\alpha = 1 - \frac{4gH}{v_0^2}
2\alpha = \pm \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right) + 2\pi n,\quad n \in \mathbb{Z}
\alpha = \pm \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right) + \pi n,\quad n \in \mathbb{Z}
Не забываем, что ответ должен быть в градусах, наименьший, и \alpha — острый угол ( 0^\circ \lt \alpha \lt 90^\circ ), отрицательные и большие 90^\circ — посторонние. Итого:
\alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4gH}{v_0^2}\right)
Подставляем: \alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{4 \cdot 10 \cdot 6{,}05}{22^2}\right)
\alpha = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{242}{484}\right) = \frac{1}{2} \arccos\!\left(1 - \frac{1}{2}\right) = \frac{1}{2} \arccos\!\left(\frac{1}{2}\right)
\arccos\left(\frac{1}{2}\right) = 60^\circ \quad \Rightarrow \quad \alpha = \frac{1}{2} \cdot 60^\circ = 30^\circ

Ответ: 30

Готовитесь к ЕГЭ по математике (профиль)?
Свежие варианты, разборы и лайфхаки каждый день

Вступить в Telegram-канал

Если в решении есть ошибка или у вас есть другое, более красивое решение, напишите сюда t.me/brunoxgod или по email: playmeek@gmail.com