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【暑假特辑】学会动定转换,巧解将军饮马

 数海一叶舟 2021-05-17

从初二开始,我们会遇到几何最值问题,最常见的是将军饮马型的线段和最小值问题.

通常,我们会遇到以下两种情况:

(1)如图1,在定直线l外有两定点A、B,请在l上找一动点P,使得AP+BP最短.

(2)如图2,在定直线l外有两定点A、B,请在l上找两动点M、N,且MN定长,使得AM+BN最短.

解决这两类问题,通常是作对称,或先作平移,再作对称.

(1)如图3,作点A关于直线l的对称点A',连接A'B,与直线l的交点即为点P.

(2)如图4,作点A关于直线l的对称点A',将点B向左平移MN的长度到点B',连接A'B',与直线l的交点即为点M,点M向右平移MN的长度到点N,点M、N即为所求.

但是,有些题目属于一定两动问题,能否将其转化为我们熟悉的两定一动将军饮马问题呢?来看下面几个例子.

例1:

分析:

本题看似将军饮马问题,但却又有区别,一般的将军饮马问题中,是两个定点一个动点,而本题却是一定两动,但最终肯定要转化为“两点之间,线段最短”的模型,因此,先考虑将AF转化,考虑到正方形对角线可以作为对称轴,则连接CF,AF=CF,问题转化为求AE+FC的最小值.

解答:

反思

本题能否通过“动定转换”的策略去解读?

何为动定转换?简单的理解就是:把动点看作不动的定点,让定点动起来,作相对运动.

来看本题,这里E、F是动点,点A是定点,那么我们就可以把E、F看作定点,则点A是动点,而点A的“相对运动”路线应该是平行于EF运动路线,即BD的平行线,由于E、F是BD上的任意两点,我们在把它们看作定点时,不妨定在特殊位置,如点E和点B重合时,就有下图.

变式:

分析:

本题几乎和例1如出一辙,B为定点,E、D为动点,且DE=2,我们要把两动一定问题,转化为两定一动问题,要采用“动定转换”的方法,将E、D看作定点,确定动点B的相对运动轨迹,即平行CF的直线PQ.然后问题转化为熟悉的将军饮马模型.

解答:




小结

其实以上两题还有隐含的共性结论,比如,

例1中的△A′EF有定边EF,动点A′到线段EF的距离是平行线AG和BD间的距离,是定值.

变式中的△B′DE有定边DE,动点B′到线段DE的距离是平行线CF和PQ间的距离,是定值.

如果把EF、DE分别看作底,则AG和BD间的距离、CF和PQ间的距离看作高,这两个三角形可称为“定底定高”,

而要使其另外两边之和的长度最小,也就是求其周长最小,显然,这两条边要相等,

即所谓网上有口诀:“定底定高,等腰周长最小”.

理由也很简单,以例1为例,

A′E=A′E′,可证∠A′E′E=∠A′EE′,

∠A′E′E+∠A′FE=90°,

∴∠A′EE′+∠A′EF=90°,

∴∠A′FE=∠A′EF,

即A′E=A′F,可见口诀的确总结的不错.



例2:

分析:

显然,A′、B′为动点,C为定点,又是两动一定,如何“动定转换”?使之变成两定一动?

我们只需换一条边,易证四边形A′B′CD为平行四边形,则B'C=A'D,要使A′C+B′C最小,只需使A'C+A'D最小,问题迎刃而解.

解答:

例3:

分析:

显然,A、B为动点,O为定点,又是两动一定,如何“动定转换”?使之变成两定一动?

将A、B看作定点,确定动点O的相对运动轨迹,即平行CA的直线PQ.然后问题转化为熟悉的将军饮马模型.

解答:

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