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TUhjnbcbe - 2023/9/1 19:49:00

几何题中的最值问题是初中生、高中生都会面对的一种题型,主要包括以下几种题型:将军饮马问题、点到线的最近距离问题、表面展开图的长度最值问题、旋转运动中的长度最值问题、坐标和函数中的长度最值问题等。今天我们重点来讲一下将军饮马问题,及其两种变体和经典习题的解题方法。

将军饮马问题是几何中最值问题的一种:即求线段之和的最小值,也叫经济路线(最省时省力的路线)问题。

故事的背景如下:古罗马时代,传说亚历山大城有一位精通数学和物理的学者叫海伦。一天,一位罗马将军专程去拜访他,向他请教一个百思不得其解的问题:将军每天从A地出发,先到河边饮马,然后再去河岸同侧的军营B地开会,应该怎样走才能使路程最短?从此,这个被称为“将军饮马”的问题广泛流传。据说海伦略加思索就解决了它。

用几何语言描述即:如图,A地,B地为一条河的同侧,位置如图。某将军从A地出发,让马在河里饮水,再赶往B地开会。求作出饮马的C处的位置,使得将军走的路程最短(即求使AC+BC有最小值的C处位置)

如同侧的两条线段是两段折线,求AC+BC的最小值,考虑利用对称,使AC和BC在河的两侧,再求AC+BC的和的最小值

如图,从A出发向河岸引垂线,垂足为D,在AD的延长线上,取A关于河岸的对称点A,连结AB,与河岸线相交于C,则C点就是饮马的地方,将军只要从A出发,沿直线走到C,饮马之后,再由C沿直线走到B,所走的路程就是最短的.

证明C即为所求点,使得AC+BC值最小

根据上述作法,A和A关于河对称,则AC=AC(河相当于线段AA的中垂线)

∴AC+BC=AC+BC,即AC+BC的最小值为AB长,如果将军在河边的C点以外任一点C饮马,所走的路程就是AC+CB,但是,AC+CB=AC+CBAB=AC+CB=AC+CB(两点间直线距离最短,或三角形两边之和大于第三边).

可见,在C点外任何一点C饮马,所走的路程都要远一些.即,C点即为使得AC+BC有最小值的饮水点。

将军饮马变体1:求线段之差的最大值

和上述题目求线段之和的最大值相反,我们稍作改动:把求和的最小值改为求差的最大值。如图:A,B为直线l同侧两点,求作直线l上的一点P,使得AP-BP的值为最大

延长AB交l于点P,则P即为所求

∵直线l上,除P以外的任一点P,与A,B构成△ABP∴AP-BP<AB

∴直线l上,P以外的任一点P,的AP-BP<AB。而当取P点时,有AP-BP=AB,即P点为所求点

将军饮马变体2:架桥问题

架桥问题与将军饮马问题的“河”有所不同,将军饮马问题的河是只有一岸,而没有宽度的,而架桥问题的河有一定的宽度,在河两边各有两个点。且出于在水面上架桥的造价高于在岸上造路,所以桥永远是垂直于岸边以降低造价。那么问题来了,选择在何处架桥,才能使总路线最短呢?我们来看具体习题:

由本题我们可以概括出架桥问题的关键步骤在于:让桥PQ先让它在岸上沿垂直于岸边的方向走完,再把A与B相连,最终使得AP与PB在一直线上,即AQ可以平行于PB,这样,AB间的线段距离就可以永远大于折线距离,从而达到总路线最短的目的。

相应习题

讲完将军饮马问题和两种变体,我们来看一下将军饮马问题的经典习题,具体又可以分为一个动点的问题,两个动点的问题和三个动点的问题。而解题思路的关键在于:动点的轨迹在哪里,“河(对称轴)”就是哪里。题目如下,难度分布:中等或较难

一个动点的问题:

一个动点的问题中的构造法解代数问题(数形结合):

两个动点的问题:

三个动点的问题:

总结一下就是:将军饮马问题,首先要判断最值问题是否属于将军饮马问题。其次,如果属于这类问题,就要去找“河”,我们说:动点的轨迹在哪里,“河(对称轴)”就在哪里。从这里切入,问题一般都可以迎刃而解。

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