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旅人算(出会い・追いつき)

2 人が向かい合って進むときは速さの和、同じ向きに進むときは速さの差を使って、出会うまで・追いつくまでの時間や、その地点を求められる(池のまわりを回る場合もふくむ)

前提

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算数中学高校大学大学院

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説明

2 人が動くとき、向かい合って進めば「速さの和」、同じ向きに進めば「速さの差」で 2 人の間の道のりが変わることを使って、出会うまでの時間や追いつくまでの時間、その地点を求められるようになります。池のまわりを 2 人が回るときに、出会ったり追いこしたりするまでの時間も同じ考え方で求められます。このような問題を旅人算といいます。

なぜそうしてよいのか

2 人がそれぞれどこにいるかを追いかけるより、「2 人の間の道のり」がどう変わるかに注目すると簡単になります。

向かい合って進むとき、1 分間に A さんは分速 70 m で 70 m、B さんは分速 50 m で 50 m 近づくので、2 人の間は 1 分間に m ちぢまります。2 人の間がちょうど 0 になったときが出会うときなので、出会うまでの時間 = はじめの 2 人の間の道のり ÷ 速さの和 です。

同じ向きに進むとき、前の人が分速 60 m、後ろの人が分速 90 m なら、後ろの人は 1 分間に 90 m 進みますが前の人も 60 m 進むので、2 人の間は 1 分間に m しかちぢまりません。だから、追いつくまでの時間 = はじめの 2 人の間の道のり ÷ 速さの差 です。

池のまわりを回るときは、同じ地点から反対向きに回れば 2 人の進んだ道のりの合計が 1 周分になったときに出会い、同じ向きに回れば、速いほうがおそいほうより 1 周分多く進んだときに追いつきます。つまり、「はじめの 2 人の間の道のり」のかわりに「池 1 周の長さ」を使います。

手順

  1. 2 人が向かい合って進むのか(出会い)、同じ向きに進むのか(追いつき)を決める。

  2. 2 人が同時に動きはじめるときの「2 人の間の道のり」を求める。一方が先に出発しているときは、その間に進んだ道のりを求める。池の場合は 1 周の長さを使う。

  3. 1 分間(1 時間など)に 2 人の間がちぢまる道のりを求める。出会いなら速さの和、追いつきなら速さの差。

  4. 2 人の間の道のり ÷ ちぢまる速さ で、出会うまで(追いつくまで)の時間を求める。

  5. 地点を求めるときは、どちらか 1 人の 速さ × 時間 で、出発点からの道のりを求める。

例題

弟が家を出て、分速 60 m で駅に向かって歩きはじめました。その 10 分後に、兄が家を出て、同じ道を分速 90 m で追いかけました。兄が家を出てから何分後に弟に追いつきますか。ただし、兄が追いつく前に弟は駅に着かないものとします。

例題の解答

手順 1: 2 人は同じ向きに進むので、追いつきの問題です。

手順 2: 兄が家を出るまでの 10 分間に、弟は m 進んでいます。兄が出発するとき、2 人の間は 600 m です。

手順 3: 2 人の間は、1 分間に速さの差 m ずつちぢまります。

手順 4: 追いつくまでの時間は 分です。

手順 5: このとき兄は m、弟は m 進んでいて、同じ地点にいることが確かめられます。

よって、兄が家を出てから 20 分後に追いつきます。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

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