برای حل این مسئله باید از مفهوم سرعت متوسط و زمان استفاده کنیم.
فرض کنیم فاصله بین دو شهر \( d \) کیلومتر باشد.
برای رفتن از یک شهر به شهر دیگر با سرعت ۶۰ کیلومتر بر ساعت:
\[ t_1 = \frac{d}{60} \]
برای برگشتن از همان مسیر با سرعت ۴۰ کیلومتر بر ساعت:
\[ t_2 = \frac{d}{40} \]
سرعت متوسط کل مسیر که رفت و برگشت است به صورت زیر محاسبه میشود:
\[ \text{سرعت متوسط} = \frac{2d}{t_1 + t_2} = \frac{2d}{\frac{d}{60} + \frac{d}{40}} \]
محاسبه زمان کل:
\[
t = \frac{d}{60} + \frac{d}{40} = \frac{2d}{120} + \frac{3d}{120} = \frac{5d}{120} = \frac{d}{24}
\]
سرعت متوسط:
\[
\text{سرعت متوسط} = \frac{2d}{\frac{d}{24}} = \frac{2d \times 24}{d} = 48 \, \text{کیلومتر بر ساعت}
\]
بنابراین، سرعت متوسط کل مسیر رفت و برگشت ۴۸ کیلومتر بر ساعت است که