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唐朝詩人李頎的詩《古從軍行》開頭兩句說:'白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河。'詩中隱含著一個有趣的數(shù)學問題。
傳說亞歷山大城有一位精通數(shù)學和物理的學者,名叫海倫。一天,一位羅馬將軍專程去拜訪他,向他請教一個百思不得其解的問題。
將軍每天從軍營A出發(fā),先到河邊飲(yìn)馬,然后再去河岸同側的B地開會,應該怎樣走才能使路程最短?
從此,這個被稱為'將軍飲馬'的問題廣泛流傳。
這個問題的解決并不難,據(jù)說海倫略加思索就解決了它。
抽象為數(shù)學模型:直線l同側有兩個定點A、B,請在直線l上找一點C,使AC+BC最小。
假設點A、B在直線l的異側就好了,這樣我們就可以利用【點到點最值模型:兩點之間線段最短】找到點C的位置了。即連接AB交直線l于點C。
因此,我們可以找點A關于直線l的對稱點,再連接A’B交直線l于點C,點C即為所求!
如果將軍在河邊的另外任一點C'飲馬,
所走的路程就是AC'+C'B但是,AC'+C'B=A'C'+C'B>A'B=A'C+CB=AC+CB.故在點C處飲馬,路程最短。
掌握了這個“將軍飲馬模型”的原理和結論后,我們來具體挑戰(zhàn)一下吧!
第一關:角中應用
1、如圖,已知兩點P、Q在銳角∠AOB內(nèi),分別在OA、OB上求點M、N,使PM+MN+NQ最短.
解析:如圖,分別作點P、點Q關于OA、OB的對稱點P’,Q’,分別交OA、OB于點M、點N。
PM+MN+NQ=P’M+MN+N’Q,當點Q’,P’,M,N共線時,最小為P’Q’。
第二關:三角形中應用
2、已知,如圖△ABC為等邊三角形,高AH=10cm,P為AH上一動點,D為AB的中點,則PD+PB的最小值為______cm.
解析:連接PC,∵△ABC為等邊三角形,
D為AB的中點,
∴PD+PB的最小值為:
PD+PB=PC+PD=CD=AH=10cm.
第三關:四邊形中應用
3、如圖,正方形ABCD的邊長為8,M在DC上,且DM=2,N是AC上一動點,則DN+MN的最小值為
解析:如圖,連接BM,
∵點B和點D關于直線AC對稱,
∴NB=ND,
則BM就是DN+MN的最小值,
∵正方形ABCD的邊長是8,DM=2,
∴CM=6,
∴由勾股定理得BM=10,
∴DN+MN的最小值是10.
第四關:圓中應用
4、如圖,MN是O的直徑,MN=2,點A在O上,∠AMN=30°,B為弧AN的中點,P是直徑MN上一動點,則PA+PB的最小值為___.
解析:作點B關于MN的對稱點C,連接AC交MN于點P,則P點就是所求作的點。
此時PA+PB最小,且等于AC的長。
連接OA,OC,
∵∠AMN=30°,
∴∠AON=60°,
∴弧AN的度數(shù)是60°,
則弧BN的度數(shù)是30°,
根據(jù)垂徑定理得弧CN的度數(shù)是30°,
則∠AOC=90°,又OA=OC=1,
則AC=√2
第五關:二次函數(shù)中應用
5、如圖,在直角坐標系中,點A,B,C的坐標分別為(-1,0),(3,0),(0,3),過A,B,C三點的拋物的對稱軸為直線l,D為對稱軸l上一動點.
(1)求拋物線的解析式;
(2)求當AD+CD最小時點D的坐標;
解析:(1)設y=a(x+1)(x-3),將(0,3)代入得a=-1,故y=-(x+1)(x-3)
(2)在x軸上任找一點D,連接AD、BD,則AD=BD,故AD+CD=BD+CD最小值為BC,易得直線BC的表達式為y=-x+3,對稱軸x=1,則y=-1+3=2,故此時D(1,2)
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