Для решения задачи обозначим время, за которое первая труба заполняет цистерну, через ( x ) часов. Тогда вторая труба заполняет цистерну за ( x + 3 ) часов.
Когда две трубы работают одновременно, они заполняют цистерну за 2 часа. Это означает, что их совместная производительность равна (\frac{1}{2}) цистерны в час.
Производительность первой трубы будет (\frac{1}{x}) цистерны в час, а второй трубы — (\frac{1}{x+3}) цистерны в час.
Составим уравнение для совместной работы труб:
[
\frac{1}{x} + \frac{1}{x+3} = \frac{1}{2}
]
Найдём общий знаменатель и приведём левую часть уравнения к общему знаменателю:
[
\frac{x+3 + x}{x(x+3)} = \frac{1}{2}
]
[
\frac{2x + 3}{x(x+3)} = \frac{1}{2}
]
Теперь умножим обе части уравнения на (2x(x+3)), чтобы избавиться от дробей:
[
2(2x + 3) = x(x+3)
]
Раскроем скобки:
[
4x + 6 = x^2 + 3x
]
Перенесём все члены в одну сторону уравнения:
[
x^2 + 3x - 4x - 6 = 0
]
[
x^2 - x - 6 = 0
]
Решим полученное квадратное уравнение методом дискриминанта. Найдём дискриминант ((D)):
[
D = b^2 - 4ac = (-1)^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-6) = 1 + 24 = 25
]
Так как дискриминант положителен, уравнение имеет два корня:
[
x_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{1 \pm \sqrt{25}}{2} = \frac{1 \pm 5}{2}
]
Получаем два решения:
[
x_1 = \frac{1 + 5}{2} = 3
]
[
x_2 = \frac{1 - 5}{2} = -2
]
Так как время не может быть отрицательным, оставляем (x = 3).
Таким образом, первая труба заполняет цистерну за 3 часа, а вторая — за (3 + 3 = 6) часов.