“白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河”,這是唐代詩人李頎《古從軍行》里的一句詩。而由此卻引申出一系列非常有趣的數(shù)學問題,通常稱為“將軍飲馬”。
【問題描述】
如圖,將軍在圖中點A處,現(xiàn)在他要帶馬去河邊喝水,之后返回軍營,問:將軍怎么走能使得路程最短?
【問題簡化】
如圖,在直線上找一點P使得PA+PB最?。?/span>
【問題分析】
這個問題的難點在于PA+PB是一段折線段,通過觀察圖形很難得出結(jié)果,關(guān)于最小值,我們知道“兩點之間,線段最短”、“點到直線的連線中,垂線段最短”等,所以此處,需轉(zhuǎn)化問題,將折線段變?yōu)橹本€段.
【問題解決】
作點A關(guān)于直線的對稱點A',連接PA',則PA'=PA,所以PA+PB=PA'+PB
當A'、P、B三點共線的時候,PA'+PB=A'B,此時為最小值(兩點之間線段最短)
作端點(點A或點B)關(guān)于折點(上圖P點)所在直線的對稱,化折線段為直線段.
“一定兩動”之點到點
在OA、OB上分別取點M、N,使得△PMN周長最小。
【此處昨日推文配圖錯誤,正確圖如下】
此處M、N均為折點,分別作點P關(guān)于OA(折點M所在直線)、OB(折點N所在直線)的對稱點,化折線段PM+MN+NP為P'M+MN+NP'',當P'、M、N、P''共線時,△PMN周長最小。
【例題】如圖,點P是∠AOB內(nèi)任意一點,∠AOB=30°,OP=8,點M和點N分別是射線OA和射線OB上的動點,則△PMN周長的最小值為________.
【分析】△PMN周長即PM+PN+MN的最小值,此處M、N均為折點,分別作點P關(guān)于OB、OA對稱點P'、P'',化PM+PN+MN為P'N+MN+P''M.
當P'、N、M、P''共線時,得△PMN周長的最小值,即線段P'P''長,連接OP'、OP'',可得△OP'P''為等邊三角形,所以P'P''=OP'=OP=8.
“兩定兩動”之點到點
在OA、OB上分別取點M、N使得四邊形PMNQ的周長最小。
考慮PQ是條定線段,故只需考慮PM+MN+NQ最小值即可,分別作點P、Q關(guān)于OA、OB對稱,化折線段PM+MN+NQ為P'M+MN+NQ',當P'、M、N、Q'共線時,四邊形PMNQ的周長最小。
“一定兩動”之點到線
在OA、OB上分別取M、N使得PM+MN最小。
此處M點為折點,作點P關(guān)于OA對稱的點P',將折線段PM+MN轉(zhuǎn)化為P'M+MN,即過點P'作OB垂線分別交OA、OB于點M、N,得PM+MN最小值(點到直線的連線中,垂線段最短)
尋找?guī)缀螆D形中端點關(guān)于折點所在直線的對稱點位置
【關(guān)于對角線對稱】
如圖,正方形ABCD的邊長是4,M在DC上,且DM=1, N是AC邊上的一動點,則△DMN周長的最小值是________.
【分析】考慮DM為定值,故求△DMN周長最小值即求DN+MN最小值.點N為折點,作點D關(guān)于AC的對稱點,即點B,連接BN交AC于點N,此時△DMN周長最?。?/span>
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【假裝不存在的正方形】
(2019山東聊城)如圖,在Rt△ABO中,∠OBA=90°,A(4,4),點C在邊AB上,且AC:CB=1:3,點D為OB的中點,點P為邊OA上的動點,當點P在OA上移動時,使四邊形PDBC周長最小的點P的坐標為( )
A.(2,2) B.(5/2,5/2)
C.(8/3,8/3) D.(3,3)
【分析】此處點P為折點,可以作點D關(guān)于折點P所在直線OA的對稱:
也可以作點C的對稱:
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【隱身的正方形】
(2017遼寧營口)如圖,在△ABC中,AC=BC,∠ACB=90°,點D在BC上,BD=3,DC=1,點P是AB上的動點,則PC+PD的最小值為( )
A.4 B.5 C.6 D.7
【分析】作點C關(guān)于P點所在直線AB的對稱點C',當C'、P、D共線時,PC+PD最小,最小值為5,故選B.
【等邊系列】
如圖,在等邊△ABC中,AB=6, N為AB上一點且BN=2AN, BC的高線AD交BC于點D,M是AD上的動點,連結(jié)BM,MN,則BM+MN的最小值是___________.
【分析】M點為折點,作B點關(guān)于AD的對稱點,即C點,連接CN,即為所求的最小值.
過點C作AB垂線,利用勾股定理求得CN的長為2倍根號7.
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【隱身的等邊三角形】
如圖,在Rt△ABD中,AB=6,∠BAD=30°,∠D=90°,N為AB上一點且BN=2AN, M是AD上的動點,連結(jié)BM,MN,則BM+MN的最小值是________.
【分析】對稱點并不一定總是在已知圖形上.
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【角分線系列之點到點】
(2018山東濰坊)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6.AB=12,AD平分∠ACB,點F是AC的中點,點E是AD上的動點,則CE+EF的最小值為________.
【分析】此處E點為折點,可作點C關(guān)于AD的對稱,對稱點C'在AB上且在AB中點,化折線段CE+EF為C'E+EF,當C'、E、F共線時得最小值,C'E為CB的一半.
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【角分線系列之點到線】
(2018遼寧營口)如圖,在銳角三角形ABC中,BC=4,∠ABC=60°, BD平分∠ABC,交AC于點D,M、N分別是BD,BC上的動點,則CM+MN的最小值是________.
【分析】此處M點為折點,作點N關(guān)于BD的對稱點,恰好在AB上,化折線CM+MN為CM+MN'.
因為M、N皆為動點,所以過點C作AB的垂線,可得最小值.
【菱形高】
(2018廣西貴港)如圖,在菱形ABCD中,AC為6倍根號2,BD=6,E是BC的中點,P、M分別是AC、AB上的動點,連接PE、PM,則PE+PM的最小值是____________.
【分析】此處P為折點,作點M關(guān)于AC的對稱點M',恰好在AD上,化折線EP+PM為EP+PM'.
當E、P、M'共線時,EP+PM最小,最小值即為菱形的高,可用面積法:AC·BD=BC·EM'.
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【折點在邊上】
(2017山東菏澤)如圖,矩形ABOC的頂點A的坐標為(-4,5),D是OB的中點,E是OC上的一點,當△ADE的周長最小時,點E的坐標是__________.
【分析】點E為折點,E是y軸上一點,作點D關(guān)于y軸的對稱點D',連接AD,與y軸交點即為所求E點.
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【面積與折點】
(2019西藏)如圖,在矩形ABCD中,AB=6,AD=3,動點P滿足△APB的面積是矩形ABCD面積的三分之一,則點P到A、B兩點距離之和PA+PB的最小值為_________.
【分析】由△APB面積是矩形面積三分之一,可作出P點軌跡為直線MN(AM=BN=2),作點B關(guān)于MN的對稱點B',化折線PA+PB為PA+PB'.
當A、P、B'共線時,取到最小值.
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【全等與對稱】
(2017江蘇南通)如圖,矩形ABCD中,AB=10,BC=5,點E、F、G、H分別在矩形ABCD各邊上,且AE=CG,BF=DH,則四邊形EFGH周長的最小值為________.
【分析】考慮到四邊形EFGH是平行四邊形,即求EH+EF最小值,此處E為折點,作F關(guān)于AB對稱點F',則BF'=BF=DH=CM,∴MF'=BC=5,MH=DC=10,∴HF'為5倍根號5,周長最小值為10倍根號5.
(2018濱州)如圖,∠AOB=60°,點P是∠AOB內(nèi)的定點且OP為根號3,若點M、N分別是射線OA、OB上異于點O的動點,則△PMN周長的最小值是_________.
【分析】此處M、N均為折點,分別作點P關(guān)于OB、OA的對稱點P'、P'',化△PMN周長為P'N+NM+MP''.
當P'、N、M、P''共線時,得最小值,利用60°角翻倍得∠P'OP''=120°,OP'=OP''=OP,可得最小值.
(2017湖北隨州)如圖,∠AOB的邊OB與x軸正半軸重合,點P是OA上的一動點,點N(3,0)是OB上的一定點,點M是ON的中點,∠AOB=30°,要使PM+PN最小,則點P的坐標為_________.
【分析】此處點P為折點,作點M關(guān)于OA的對稱對稱點M'如圖所示,連接PM',化PM+PN為PM'+PN.
當M'、P、N共線時,得最小值,又∠M'ON=60°且ON=2OM',可得∠OM'N=90°,故P點坐標可求.
如圖,已知正比例函數(shù)y=kx(k>0)的圖像與x軸相交所成的銳角為70°,定點A的坐標為(0,4),P為y軸上的一個動點,M、N為函數(shù)y=kx(k>0)的圖像上的兩個動點,則AM+MP+PN的最小值為____________.
【分析】先考慮M為折點,作點P關(guān)于OM對稱點P',化AM+MP+PN為AM+MP'+P'N
此處P'為折點,作點N關(guān)于OP'對稱點N',化AM+MP'+P'N為AM+MP'+P'N'
當A、M、P'、N'共線且AN'⊥ON'時,值最?。?/span>
聲明:以上本文授權(quán)轉(zhuǎn)自公眾號“有一點數(shù)學”。
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