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初中数学几何最值问题之“胡不归”问题

 西窗竹影 2021-05-14

【问题背景】

“PA+k·PB”型的最值问题是近几年中考考查的热点更是难点。当 k 值为 1

时,即可转化为“PA+PB”之和最短问题,就可用我们常见的“饮马问题”模型

来处理,即可以转化为轴对称问题来处理。

而当 k 取任意不为 1 的正数时,若再以常规的轴对称思想来解决问题,则无

法进行,因此必须转换思路。

此类问题的处理通常以动点P所在图像的不同来分类,一般分为2类研究。

即点 P 在直线上运动和点 P 在圆上运动。

其中点 P 在直线上运动的类型称之为“胡不归”问题

点 P 在圆周上运动的类型称之为“阿氏圆”问题。

本文将与大家共同探究线段最值问题“胡不归”问题的解决方案。

【知识储备】

线段最值问题常用原理:

①三角形的三边关系:两边之和大于第三边,两边之差小于第三边;

②两点间线段最短;

③连结直线外一点和直线上各点的所有线段中,垂线段最短;

【数学故事】

从前,有一个小伙子在外地学徒,当他获悉在家的老父亲病危的消息后,便立即启程赶路。由于思乡心切,他只考虑了两点之间线段最短的原理,所以选择了全是沙砾地带的直线路径 A→B(如图所示),而忽视了走折线虽然路程多但速度快的实际情况,当他气喘吁吁地赶到家时,老人刚刚咽了气,小伙子失声痛哭。邻居劝慰小伙子时告诉说,老人弥留之际不断念叨着“胡不归?胡不归?…何以归”。

这个古老的传说,引起了人们的思索,小伙子能否提前到家?倘若可以,他应该选择一条怎样的路线呢?这就是风靡千百年的“胡不归问题”。

【模型初探】

一)点 P 在直线上运动“胡不归”问题

如图 1-1-1 所示,已知 sin∠MBN=k,点 P 为角∠MBN 其中一边 BM 上的一个动点,点 A 在射线 BM、BN 的同侧,连接 AP,则当“PA+k·PB”的值最小时,P 点的位置如何确定?

分析:本题的关键在于如何确定“k·PB”的大小,过点 P 作 PQ⊥BN 垂足为Q,则 k·PB=PB·sin∠MBN=PQ,

∴本题求“PA+k·PB”的最小值转化为求“PA+PQ”的最小值,

即 A、P、Q 三点共线时最小(如图 1-1-3),本题得解。

 

思考:当 k 值大于 1 时,“PA+k·PB”线段求和问题该如何转化呢?提取系数 k 即可哦!!!

【模型总结】

“胡不归”构造 某角正弦值等于小于 1 系数

过起点构造所需角( k=sin ∠ CAE )

过终点作所构角边的垂线

利用垂线段最短解决问题

【举例分析】

如图,四边形 ABCD 是菱形,AB=4,且∠ABC=60°,M 为对角线

BD(不含 B 点)上任意一点,则 AM+1/2BM 的最小值为_________ .

分析:如何将1/2BM 转化为其他线段呢?

即本题 k 值为1/2,必须转化为某一角的正弦值啊,

即转化为 30 °角的正弦值。

思考到这里,不难发现,只要作 MN 垂直于 BC,

则 MN=1/2BM,

即 AM+1/2BM最小转化为 AM+MN 最小,本题得解。

【变式思考】

(1)本题如要求“2AM+BM”的最小值你会求吗?

(2) 本题如要求“AM+BM+CM”的最小值你会求吗?

【中考真题】

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