1、“将军饮马”模型详解与拓展平面几何中涉及最值问题的相关定理或公理有:线段公理:两点之间,线段最短.并由此得到三角形三边关系;垂线段的性质:从直线外一点到这条直线上各点所连的线段中,垂线段最短.在一些“线段和最值”的问题中,通过翻折运动,把一些线段进行转化即可应用、的基本图形,并求得最值,这类问题一般被称之为“将军饮马”问题。问题提出:唐朝诗人李欣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如图所示,诗中将军在观望烽火之后从山脚下的 A 点出发,走到河边饮马后再到 B 点宿营请问怎样走才能使总的路程最短?模型提炼:模型【1】一定直线、异侧两定点直线 l
2、和 l 的异侧两点 A、B,在直线 l 上求作一点 P,使 PA+PB 最小解答:根据“两点之间,线段距离最短”,所以联结 AB 交直线 l 于点 P,点 P 即为所求点模型【2】一定直线、同侧两定点直线 l 和 l 的同侧两点 A、B,在直线 l 上求作一点 P,使 PA+PB 最小解答:第一步:画点 A 关于直线 l 的对称点 A(根据“翻折运动”的相关性质,点 A、A到对称轴上任意点距离相等,如图所示,AP=AP,即把一定直线同侧两定点问题转化为一定直线异侧两定点问题)第二步:联结 AB 交直线 l 于点 Q,根据“两点之间,线段距离最短”,此时“AQ+QB”最短即“AQ+QB”最短模型
3、【3】一定直线、一定点一动点已知直线 l 和定点 A,在直线 k 上找一点 B(点 A、B 在直线 l 同侧),在直线 l 上找点 P,使得 AP+PB 最小解答:第一步:画点 A 关于直线 l 的对称点 A第二步:过点 A做 ABk 于点 B 且交直线 l 于点 P,根据“从直线外一点到这条直线上各点所连的线段中,垂线段最短”,可知 AP+PB最小即 AP+PB 最小模型【4】一定点、两定直线点 P 是MON 内的一点,分别在 OM,ON 上作点 A,B,使PAB 的周长最小解答:策略:两次翻折第一步:分别画点 P 关于直线 OM、ON 的对称点 P1、P2第二步:联结 P1P2,交 OM、
4、ON 于点 A、点 B(根据“翻折运动”的相关性质,AP=AP1,BP=BP2;根据“两点之间,线段距离最短”可知此时 AP1+BP2+AB 最短即ABP 周长最短)拓展如果两定点、两定直线呢?“如图,点 P,Q 为MON 内的两点,分别在 OM,ON 上作点A,B。使四边形 PAQB 的周长最小”问题升级:问题:如图,ABC 中,点 D、E、F 分别在边 AB、AC、BC 上,试求作DEF 的最小值解答:将点 D 视为定点,先作出DEF 的最小值对应的线段 DD而后研究 DD随着点 D 的位置变化过程中的最小值即可无论点 D 位置在何处,点 C 对线段 DD的张角不变,即 DCD的大小不变,
5、为 2ACB.因而,为使得 DD最小,只需要 CD=CD=CD 最小即可,显然当 CDAB时,有垂线段最小,从而内接三角形DEF 的周长最小现在已经有 CDAB,接下来说明点 E、点 F 也正好是ABC 的高线的垂足!如下图:D、D、D三点在以 C 为圆心的圆上,弧 DD 所对圆心角为DCD,所对圆周角为DDD,故有:(1/2)DCD=DD”D.由翻折又有:(1/2)DCD=ECD,得DD”D=ECD,故 C、E、D、D四点共圆;另一方面:CDB+CD”B=180,故 C、D、B、D四点共圆,综上有:C、E、D、B、D 五点共圆,从而CDB=CDB=90从而得到一个重要结论:锐角三角形的所有内接三角形中,垂足三角形周长最小