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Trigonometry · real student question

飞行器 M 沿与水平方向成 60° 的路径以 600 km/h 爬升。1.8 分钟后,它比处在 10 km 高度的飞行器 N 高还是低?

Question

飞行器 MM 沿与水平方向成 60∘60^{\circ} 角的路径以 600600 km/h 爬升。与此同时,飞行器 NN 正处在 1010 km 的高度。

1.81.8 分钟后,哪一架更高?

Step-by-step solution

  1. 只取速度的竖直分量。 600600 km/h 是沿斜向路径的速率,不是上升速率。高度取决于竖直分量;在以飞行路径为斜边的直角三角形里,它就是 60∘60^{\circ} 角的对边:

    vy=600sin⁡60∘v_y=600\sin 60^{\circ}

    如果直接拿 600600 去乘,高度会多算约 15%15\%。

  2. 把正弦值写成精确形式。

    sin⁡60∘=32 ⟹ vy=600⋅32=3003 km/h\sin 60^{\circ}=\frac{\sqrt3}{2}\ \Longrightarrow\ v_y=600\cdot\frac{\sqrt3}{2}=300\sqrt3\ \text{km/h}

    保留 3\sqrt3 可以避免中途四舍五入积累误差;数值上 3003=519.615300\sqrt3=519.615 km/h。

  3. 把时间换成与速度一致的单位。 速度是按小时给的,时间却是分钟:

    1.8 min=1.860=0.03 h1.8\ \text{min}=\frac{1.8}{60}=0.03\ \text{h}

  4. 相乘得到爬升的高度。

    hM=vyt=3003×0.03=93 km≈15.588 kmh_M=v_y t=300\sqrt3\times 0.03=9\sqrt3\ \text{km}\approx 15.588\ \text{km}

  5. 和另一架比一比。 hN=10h_N=10 km,而

    15.588>1015.588>10

    所以 MM 更高。

  6. 换一条路再核一遍。 在 0.030.03 h 内以 600600 km/h 沿路径共走了 1818 km,其中竖直方向占 18sin⁡60∘=18(0.8660)=15.58818\sin60^{\circ}=18(0.8660)=15.588 km ✓——换个算法得到同一个数,而且明显超过 1010 km。

Answer

hM=93≈15.59 km>10 km, 所以 M 更高h_M=9\sqrt3\approx 15.59\ \text{km}>10\ \text{km},\ \text{所以 }M\ \text{更高}

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