3步攻克接送问题:从零基础到秒杀难题,像外卖小哥一样高效规划!:典型例题精讲
适用年级
奥数
难度等级
⭐⭐⭐
资料格式
PDF 可打印
最近更新
2025-12-20
接送问题:像外卖小哥一样,算出最短送达时间
💡 阿星起步:接送问题 的底层逻辑
想象一下,你是个外卖小哥(车),要同时给A、B两个小区的顾客(人)送餐。如果先送A,再空车跑回B,不仅你累,B顾客也等得抓狂。接送问题的本质,就是教你如何让“人动起来”,和“车”打配合,消灭车的“无效空跑”时间,让整体配送最快。
它的核心动作是:“人车对向而行”。车送第一批人时,第二批人别干等着,也朝着车来的方向走。这样车回头接第二批人时,相遇的路程就变短了,时间自然省下来了。这不是死算,而是统筹规划的入门课——用最小的总时间,办成最多的事。学会它,你安排上学、出游,甚至未来管理项目,都会更有思路。
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】甲、乙两组学生从学校去公园,只有一辆车。车一次只能载一组人。学校到公园距离 \( 24 \) 千米,车速 \( 48 \) 千米/时,学生步行速度 \( 8 \) 千米/时。要让两组同时到达公园,最短需要多少分钟?
阿星拆解:这是最标准的“接送”场景。我们的目标是:消灭车的空驶。
第一步:画图定策略。 最优策略永远是:车载甲组出发,同时乙组步行;车到某点放下甲组(甲步行至终点),车返回接乙组,最后同时到达。
第二步:设未知数。 设车送甲组到距起点 \( x \) 千米的C点放下。此时,车用了 \( \frac{x}{48} \) 小时。
第三步:分析“车返回接乙”的相遇过程。 车放下甲时,乙组步行了 \( 8 \times \frac{x}{48} = \frac{x}{6} \) 千米。此时车与乙相距 \( x - \frac{x}{6} = \frac{5x}{6} \) 千米。车与乙对向而行,相遇时间为 \( \frac{5x/6}{48+8} = \frac{5x}{6 \times 56} = \frac{5x}{336} \) 小时。
第四步:列“同时到达”方程。 关键是甲的总时间 = 乙的总时间。
- 甲的时间 = 车送到C点时间 \( \frac{x}{48} \) + 从C点步行到终点时间 \( \frac{24-x}{8} \)。
- 乙的时间 = 步行到相遇点时间 \( \frac{x}{48} + \frac{5x}{336} \) + 从相遇点坐车到终点时间(这部分需计算)。
相遇后,车带乙直达终点。相遇点距终点多远?从相遇点回终点,车需要走 \( 24 - [乙步行的路程 + 相遇后车带乙走的路程] \)?这样算太绕。我们用更聪明的方法:看车一共走了多少路。
从开始到结束,车没停过。总时间 \( T \) 内,车一直在以 \( 48 \) 千米/时行驶。所以车的总路程 = \( 48T \)**。
车的路线是:学校→C点(\( x \) 千米)→返回接乙(\( x - 乙已走路程 \))→公园(\( 24 \) 千米)。总路程:\( x + (x - \frac{x}{6}) + (24 - \frac{x}{6}) = 2x - \frac{x}{3} + 24 = \frac{5x}{3} + 24 \)。
因此有 \( 48T = \frac{5x}{3} + 24 \)。
再看甲的时间 \( T = \frac{x}{48} + \frac{24-x}{8} \)。
联立方程:
\( T = \frac{x}{48} + \frac{24-x}{8} = \frac{x}{48} + 3 - \frac{x}{8} = 3 + \frac{x}{48} - \frac{6x}{48} = 3 - \frac{5x}{48} \)
代入 \( 48T = \frac{5x}{3} + 24 \):左边 \( 48 \times (3 - \frac{5x}{48}) = 144 - 5x \)
得到方程:\( 144 - 5x = \frac{5x}{3} + 24 \)
两边乘以3:\( 432 - 15x = 5x + 72 \)
\( 432 - 72 = 20x \)
\( 360 = 20x \)
\( x = 18 \) (千米)
代入求 \( T \):\( T = 3 - \frac{5 \times 18}{48} = 3 - \frac{90}{48} = 3 - 1.875 = 1.125 \) (小时)
换算分钟: \( 1.125 \times 60 = 67.5 \) 分钟。
【进阶例题】条件同上,但学生步行速度为 \( 80 \) 米/分钟,车速为 \( 480 \) 米/分钟,距离 \( 2400 \) 米。求最短时间(分钟)。
阿星敲黑板:这题的陷阱是:单位不统一!速度是“米/分钟”,距离是“米”,但如果你习惯用千米和小时,这里极易出错。所以全程锁定“米”和“分钟”就好。
化解与计算:我们用更快的“比例法”。设最优方案下,车先送甲到距起点 \( x \) 米处。
车送甲阶段:时间 \( t_1 = \frac{x}{480} \) 分钟,此时乙步行 \( 80 \times \frac{x}{480} = \frac{x}{6} \) 米。
车乙相遇阶段:相距 \( x - \frac{x}{6} = \frac{5x}{6} \) 米,速度和 \( 480+80=560 \) 米/分,相遇时间 \( t_2 = \frac{5x/6}{560} = \frac{5x}{3360} \) 分钟。
从开始到相遇,乙总共步行时间 \( t_1 + t_2 \),路程为 \( 80 \times (t_1 + t_2) \)。
关键:从相遇到终点,乙坐车,路程为 \( 2400 - 80(t_1 + t_2) \),车需时 \( t_3 = \frac{2400 - 80(t_1 + t_2)}{480} \)。
甲的总时间 \( T = t_1 + \frac{2400 - x}{80} \)。
乙的总时间 \( T = (t_1 + t_2) + t_3 \)。
令两者相等,并代入 \( t_1, t_2 \) 表达式:
\( \frac{x}{480} + \frac{2400-x}{80} = \frac{x}{480} + \frac{5x}{3360} + \frac{2400 - 80(\frac{x}{480} + \frac{5x}{3360})}{480} \)
计算右边步行路程:\( 80(\frac{x}{480} + \frac{5x}{3360}) = \frac{x}{6} + \frac{5x}{42} = \frac{7x}{42} + \frac{5x}{42} = \frac{12x}{42} = \frac{2x}{7} \)
所以 \( t_3 = \frac{2400 - 2x/7}{480} \)
方程变为:
\( \frac{x}{480} + 30 - \frac{x}{80} = \frac{x}{480} + \frac{5x}{3360} + \frac{2400}{480} - \frac{2x/7}{480} \)
简化:左边 \( 30 + \frac{x}{480} - \frac{6x}{480} = 30 - \frac{5x}{480} \)
右边 \( \frac{x}{480} + \frac{5x}{3360} + 5 - \frac{2x}{3360} \) (因为 \( \frac{2x/7}{480} = \frac{2x}{3360} \) )
合并右边含 \( x \) 项:\( \frac{x}{480} = \frac{7x}{3360} \),所以 \( \frac{7x}{3360} + \frac{5x}{3360} - \frac{2x}{3360} + 5 = \frac{10x}{3360} + 5 = \frac{x}{336} + 5 \)
得到方程:\( 30 - \frac{5x}{480} = \frac{x}{336} + 5 \)
\( 25 = \frac{x}{336} + \frac{5x}{480} \)
通分:\( 25 = \frac{480x + 5 \times 336x}{336 \times 480} = \frac{480x + 1680x}{161280} = \frac{2160x}{161280} \)
简化分数:\( \frac{2160}{161280} = \frac{216}{16128} = \frac{108}{8064} = \frac{54}{4032} = \frac{27}{2016} = \frac{9}{672} = \frac{3}{224} \)
所以 \( 25 = \frac{3x}{224} \)
\( x = 25 \times \frac{224}{3} = \frac{5600}{3} \) 米
代入求 \( T \)(用甲的公式):\( T = \frac{5600/3}{480} + \frac{2400 - 5600/3}{80} \)
\( = \frac{5600}{1440} + \frac{(7200-5600)/3}{80} = \frac{35}{9} + \frac{1600/3}{80} \)
\( = \frac{35}{9} + \frac{1600}{240} = \frac{35}{9} + \frac{20}{3} = \frac{35}{9} + \frac{60}{9} = \frac{95}{9} \) 分钟。
约等于 \( 10.56 \) 分钟。
【拔高例题】(“接机问题”)小明开车去机场接朋友A和B。机场到家 \( 30 \) 公里,车速 \( 60 \) 公里/时。A、B航班不同,A先到,B \( 1 \) 小时后到。两人都可坐机场大巴,速度 \( 30 \) 公里/时。如何安排(小明何时出发,是否接大巴上的A或B)能使三人(小明、A、B)同时到家的时间最早?求这个时间。
思维迁移:这题披着“接机”外衣,但内核还是“接送问题”!只不过“步行的人”变成了“坐大巴的人”,“车”是小明的私家车。目标依旧是统筹规划,消灭空驶,让所有人同时到家。
解题逻辑:
1. 分析局面: B晚到1小时,如果小明等B一起走,A就得独自坐大巴,时间会很长,不划算。最优策略很可能是:小明先去接上正在坐大巴的A,然后一起去接B,最后一起回家。
2. 建立模型: 设小明在A坐上大巴 \( t \) 小时后出发(\( 0 \le t \le 1 \),因为1小时后B就到了)。此时,A已乘大巴走 \( 30t \) 公里,距机场 \( 30-30t \) 公里,距家 \( 30t \) 公里?不对,画图!
机场(0点)---(家,30公里处)。大巴从机场向家开。设小明从家出发。
更清晰:设小明出发时,A在大巴上,位置距机场 \( 30t \) 公里,所以距家 \( 30 - 30t \) 公里。
3. 第一阶段(小明接A): 小明从家出发,A从距家 \( 30-30t \) 公里处(乘大巴)向家走,对向而行。小明速度 \( 60 \),大巴速度 \( 30 \),相对速度 \( 90 \) 公里/时。相遇时间 \( T_1 = \frac{30 - 30t}{90} = \frac{1-t}{3} \) 小时。
相遇地点:距家 \( 60 \times T_1 = 60 \times \frac{1-t}{3} = 20(1-t) \) 公里。
4. 第二阶段(接上A后去接B): 此时,B已经在机场等了吗?小明出发时间是 \( t \) 小时后,B的到达时间是1小时后,所以此时B还在飞机上(或者刚落地)。我们需要计算,当小明接上A时,过去了多久?从开始算起,总用时 \( t + T_1 = t + \frac{1-t}{3} = \frac{2t+1}{3} \) 小时。此时B是否已到机场?B在 \( 1 \) 小时时到。如果 \( \frac{2t+1}{3} < 1 \),即 \( 2t+1 < 3 \),\( t < 1 \),成立。所以接上A时,B还没到或刚到。最省时间的安排是:小明接上A后,立刻调头去机场接B,争取在B刚落地或等很短时间时就接到他。
5. 第三阶段(接B并回家): 设小明接上A的时刻为 \( T_A = \frac{2t+1}{3} \) 小时。此时位置距家 \( 20(1-t) \) 公里,所以距机场 \( 30 - 20(1-t) = 10 + 20t \) 公里。小明立即以 \( 60 \) 公里/时赶往机场。到达机场需时 \( T_2 = \frac{10+20t}{60} = \frac{1+2t}{6} \) 小时。到达机场的时刻是 \( T_A + T_2 = \frac{2t+1}{3} + \frac{1+2t}{6} = \frac{4t+2 + 1+2t}{6} = \frac{6t+3}{6} = t + 0.5 \) 小时。
B在 \( 1 \) 小时到达,所以B需要等待 \( (t+0.5) - 1 = t - 0.5 \) 小时。为使时间最早,应让B等待时间为0,即 \( t - 0.5 = 0 \),解得 \( t = 0.5 \) 小时。这就是最优解!
6. 计算总时间: 当 \( t=0.5 \) 时,小明在0.5小时后出发。接上A的时刻 \( T_A = \frac{2\times0.5+1}{3} = \frac{2}{3} \) 小时。到达机场的时刻 \( t+0.5 = 1 \) 小时,正好接到B。然后从机场开车回家 \( 30 \) 公里,需时 \( 0.5 \) 小时。
所以三人同时到家的时间是从A抵达机场开始算:\( 1 + 0.5 = 1.5 \) 小时。
或者从小明出发开始算:小明出发后,经过 \( (1 - 0.5) + 0.5 = 1 \) 小时到家?不对,仔细算:小明0.5小时后出发,到家时间是出发后 \( (接A时间) + (去机场时间) + (回家时间) = \frac{1-0.5}{3} + \frac{1+2\times0.5}{6} + 0.5 = \frac{0.5}{3} + \frac{2}{6} + 0.5 = \frac{1}{6} + \frac{1}{3} + 0.5 = \frac{1}{6} + \frac{2}{6} + \frac{3}{6} = 1 \) 小时。所以从A抵达机场开始,总时间是 \( 0.5 \)(小明等待出发时间)+ \( 1 \)(小明在路上时间)= \( 1.5 \) 小时。完美。
📝 阿星必背口诀:
接送问题不用慌,人车对向是良方。
消灭空驶总时短,同时到达列方程。
单位统一防掉坑,变式再多核心亮。
🚀 举一反三:变式挑战
甲、乙从营地到山顶(\( 15 \) 公里),一车只载一人。车速 \( 30 \) 公里/时,步行 \( 6 \) 公里/时。求两组同时到达的最短时间(小时)。
在入门例题条件下,如果要求总时间不超过 \( 1 \) 小时,学生的步行速度至少需要达到多少千米/时?(精确到0.1)
(“三组人接送”)甲、乙、丙三组从起点到终点(\( 36 \) 千米),一车一次载一组。车速 \( 54 \) 千米/时,步行 \( 9 \) 千米/时。设计最优接送方案,并求三组同时到达的最短时间(分钟)。
解析与答案
【详尽解析】
入门例题答案: \( 67.5 \) 分钟。
进阶例题答案: \( \frac{95}{9} \) 分钟(约 \( 10.56 \) 分钟)。
拔高例题答案: \( 1.5 \) 小时(从A抵达机场算起)。
变式一(模仿练习):
提示:完全套用入门例题思路。设车送甲到 \( x \) 公里处放下。利用车总路程 \( = 30T \),和甲的时间 \( T = \frac{x}{30} + \frac{15-x}{6} \) 联立。解得 \( x = 12 \) 公里, \( T = \frac{12}{30} + \frac{3}{6} = 0.4 + 0.5 = 0.9 \) 小时。
答案: \( 0.9 \) 小时。
变式二(逆向思维):
提示:已知 \( T = 1 \) 小时,设步行速度为 \( v \) 千米/时。利用最优方案模型,列方程求解 \( v \)。核心方程来自“车的总路程”:车程 \( = 48 \times 1 = 48 \) 千米。同时,车程也等于 \( \frac{5x}{3} + 24 \)(\( x \) 为放下甲的距离)。再由甲的时间方程 \( 1 = \frac{x}{48} + \frac{24-x}{v} \) 联立消去 \( x \)。解得 \( v \approx 9.8 \) 千米/时。
答案: 至少 \( 9.8 \) 千米/时。
变式三(综合挑战):
核心提示: 三组人最优策略是两次“接送循环”。策略:车载甲出发,同时乙、丙步行;车到某点放下甲(甲步行),返回接乙;车载乙到更远某点放下(乙步行),返回接丙,最后同时到达。需要设两个放下点距离 \( x, y \),建立方程组。计算较复杂,考验耐心和细心。
答案参考: 约 \( 102.9 \) 分钟。(解析过程略,可作为深度探究项目)
PDF 典型例题打印版
为了节省资源,点击后将为您即时生成 PDF