唐朝诗人李颀的诗《古从军行》开头两句说:白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河。诗中隐含着一个有趣的数学问题。而早在古罗马时代,传说亚历山大城有一位精通数学和物理的学者,名叫海伦.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.将军每天从军营A出发,先到河边饮马,然后再去河岸同侧的军营B开会,应该怎样走才能使路程最短?这个问题的答案并不难,据说海伦略加思索就解决了它.而从此以后,这个被称为“将军饮马”的问题便流传至今.将军饮马造桥选址费马点两点之间线段最短;垂线段最短;三角形两边三边关系;轴对称;平移.一、两定一动型:问题:在直线l上找一个动点P,使动点P到两定点A与B的距离之和最小,即PA+PB最小.二、两动一定型:问题:在∠MON的内部有一点A,在OM上找一点B,在ON上找一点C,使得△BAC的周长最小.三、两定两动型(造桥选址):问题:已知,A,B是两个定点,在定直线L上找两个动点M与N,且MN长度等于定长d(动点M位于动点N左侧),使AM+NM+NB的值最小.四、垂线段最短型:问题:在∠NOM的内部有一点A,在OM上找一点B,在ON上找一点C,使得AB+BC最短.1.(春东阳市期末)如图所示,在矩形ABCD中,AB=4,AD=3,矩形内部有一动点P满足S△PAB=1/3S矩形ABCD,则点P到A,B两点的距离之和PA+PB的最小值为(
)A.5 B.2√13 C.2√2 D.4√2解:设△ABP中AB边上的高是h.∵S△PAB=1/3S矩形ABCD,∴1/2ABh=1/3ABAD,∴h=2/3AD=2,∴动点P在与AB平行且与AB的距离是2的直线l上,如图,作A关于直线l的对称点E,连接AE,连接BE,则BE的长就是所求的最短距离.(动图分析如下)在Rt△ABE中,∵AB=4,AE=2+2=4,∴由勾股定理可求得BE=4√2,即PA+PB的最小值为4√2.故选:D.2.(港南区四模)如图,点P是∠AOB内任意一点,∠AOB=30°,OP=8,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,则△PMN周长的最小值为(
)A.5 B.6 C.8 D.10解:分别作点P关于OA、OB的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点M、N,连接OP、OC、OD、PM、PN.∵点P关于OA的对称点为C,关于OB的对称点为D,∴PM=CM,OP=OC,∠COA=∠POA;∵点P关于OB的对称点为D,∴PN=DN,OP=OD,∠DOB=∠POB,∴OC=OD=OP=8cm,∠COD=∠COA+∠POA+∠POB+∠DOB=2∠POA+2∠POB=2∠AOB=60°,∴△COD是等边三角形,∴CD=OC=OD=8.∴△PMN的周长的最小值=PM+MN+PN=CM+MN+DN≥CD=8,故选:C.3.(春梁溪区期末)如图,正方形ABCD的边长为3,E、F是对角线BD上的两个动点,且EF=√2,连接AE、AF,则AE+AF的最小值为(
)A.2√5 B.3√2 C.9/2 D.22/5解:如图作AH∥BD,使得AH=EF=√2,连接CH交BD于F,则AE+AF的值最小.∵AH=EF,AH∥EF,∴四边形EFHA是平行四边形,∴EA=FH,∵FA=FC,∴AE+AF=FH+CF=CH,∵四边形ABCD是正方形,∴AC⊥BD,∵AH∥DB,∴AC⊥AH,∴∠CAH=90°,在Rt△CAH中,由勾股定理可求得CH=2√5,∴AE+AF的最小值2√5,故选:A.4.(秋沙坪坝区校级月考)如图已知EF∥GH,AC⊥EF于点C,BD⊥EF于点D交HG于点K.AC=3,DK=2,BK=4.(1)若CD=6,点M是CD上一点,当点M到点A和点B的距离相等时,求CM的长;(2)若CD=13/2,点P是HG上一点,点Q是EF上一点,连接AP,PQ,QB,求AP+PQ+QB的最小值.解:(1)如图1中,连接AB,作线段AB的中垂线MN,交AB于N,交EF于M,连接AM,BM.设DM=x.(2)如图2中,如图,作点A故直线GH的对称点A′,点B关于直线EF的对称点B′,连接A′B′交GH于点P,交EF于点Q,作B′H⊥CA交CA的延长线于H.则此时AP+PQ+QB的值最小.根据对称的性质可知:PA=PA′,QB=QB′,∴PA+PQ+QB=PA′+PQ+QB′=A′B′,∴PA+PQ+PB的最小值为线段A′B′的长,在数学问题中,“将军饮马”问题派生出来的最短路径问题屡见不鲜,它广泛出现于正方形、菱形、圆等轴对称图形中,因为其问题的解决是通过轴对称变换将其化折为直,化两折为直,化多折为直,最终转化为点到点及点到直线的最短距离问题.“将军饮马”问题能很完美的体现转化思想,是数学问题中的明星产品,所以解决此类问题也是同学们必备的技能.我们已经知道,类似的“将军饮马”问题,最关键的就是要作对称,但怎么做,可能大家并不是十分明确,我们再来好好体会一下:首先,明确定点,定线,动点.1.必然是作定点关于定线的对称点!2.作的次数需要看动点个数!有几个动点在哪些定线上,那么相应的定点就要做关于这些定线的对称点.原题,只要在一条定线上找一个动点,那只需作定点关于定线的一个对称点.变式1,要在两条定线找两个动点,则需要做作定点关于定线的两个对称点,即两次.变式2,要在两条定线找两个动点,则需要做作定点关于定线的对称点与定点关于定线的对称点,也是2个,即2次.3.作完对称点如何连接也需看作对称次数!原题,把对称点直接连接另一个定点,则连线与定线上的交点,即为动点.变式1,把两个对称点连接,与定线上的交点即为动点,分别与定点相连.变式2,把两个对称点连接,与定线上的交点即为动点,分别与定点相连.如果用口诀来总结,那就是:定点定线作对称,次数就看动点数.一次对称直连定,两次对称先相连.