2 つの物体 P・Q が衝突して、衝突前後の速度がわかっています。運動量保存則と反発係数の式を組み合わせて、未知の質量や反発係数を求める典型問題です。
P が跳ね返るなら Q は P より重いはず、というように結果から物理を予想できると間違いを減らせます。
(1) Q の質量 \(m_Q\)(運動量保存則から)、(2) 反発係数 \(e\)(速度の比から)。
反発係数の式にマイナス記号がつくのは「離れる速さ ÷ 近づく速さ」が必ず正になるようにするため。\(v_P > v_Q\)(P が後ろから追いつく)の状況では、衝突後 \(v_P' < v_Q'\) になるので、\(v_P' - v_Q'\) は負。マイナスをかけて正にするのが定義です。