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将军饮马变形之“两动一定”型几何最值问题

 行之视觉 2021-06-30

我们知道,将军饮马问题指的是在一条定直线的同侧有2个定点,使得该直线上一点与两定点的距离之和最小。

常见几何最值问题模型归纳


如图,在直线上取一点P使得PA+PB最小。作点B关于直线的对称点B′,连接AB′与直线交于点P即可。

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解法

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此类问题做多了,就变成套路题了。所以难度不大。

但是如果将这种问题做一个变形,把“两定一动”改为“两动一定”,那情况就不一样了。

【变形1】

如图,点D为等边△ABC的边BC的中点,连接AD,点M、N分别为线段AD和AC上的动点,且AM=CN,当BM+BN最小时,∠MBN的度数为               °.

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同学们,

先猜测一下答案,

然后再继续往下看!

【分析】

由于M和N都是动点,而点B是定点,所以无法直接确定何时BM+BN的和最小。

如果能把BM与BN变成三点共线那种类型就可以了。

但是怎么转化都不好转化。

题目的关键条件是AM=CN,因此可以考虑利用这个条件进行辅助线的构造。

线段相等,我们能想到什么呢?

一般我们都会想到构造全等。那怎么构造呢?

首先,AM在△ABM中,而CN在△BCN中,但是它们不全等。

所以我们可以选定一个三角形,以另外一边为基础构造全等。

【方法一】

固定△ABM,以CN为边构造一个三角形与△ABM全等。那么我们只需要构造30°的角即可,如下图:

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过点C作CE⊥BC,并在CE上取一点E,使得CE=AB,连接EN。

那么我们可以得到△ABN≌△CEN(SAS),则EN=BM。

那么就转化为求BN+EN最小了,也就是B、N、E三点共线的时候和最小。

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此时,∠CBE=∠CEB=45°,则∠CBN=45°,∠ABM=∠CEN=45°,

那么 易得∠MAN=30°。

【方法二】

如下图,过点C作CE⊥AB,且CE=AB,连接EN,则根据△ABM≌△CEN(SAS),得BM=EN。

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现在就可以把BM+BN变成BN+EN,而点N在AC上运动,B与E为定点,也就变成了将军一那么问题了。

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解法就变成和上一题类似了。

既然我们可以构造和△ABM全等的三角形,那么可不可以构造和△CBN全等的三角形呢?

当然可以。

【方法三】

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如上图,以AM为边构造△AMF≌△CNB,得BN=FM,那么把BM+BN就转化为了求BM+FM的最小值了。连接BF即可。

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此时,△ABF为等腰直角三角形,∠ABM=45°,∠CBN=∠AFM=45°。

【方法四】

如下图,如果在AD的左侧构造△AMF也是一样的,这时候就是将军饮马问题了,还是需要找出对称点进行求解。

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具体方法与上一种类似,不再详述。

【总结】

本题的关键是什么呢?

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可以发现两个三角形分别有两组边对应相等,但是夹角不一样,所以无法得到全等。那么就可以考虑以其中一个三角形为样板进行构造。

【变形2】

(2013天津中考数学压轴题改编)如图,点A(-2,0),点B(0,4)和点E(0,1),将AE沿着x轴方向平移得到A′E′,连接A′B和E′B,求A′B+E′B的最小值。

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此时,也是两动一定,不过题目的主要条件是平移,所以此时可以考虑用平移的方式进行转化。将BE′沿着E′A′的方向平移至点A′,或者将A′B沿着A′E′方向平移至点E′即可。

如图1,相当于求A′B与A′B′的和最小。

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图1

如图2,下面这种方式也可以的。

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图2

上面两种方法都是转化为将军饮马问题,那能不能直接转化为两点之间线段最短的问题呢?

当然,也是可以的。

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如上图,直接把BE′对称到上面的BE′′即可。如果把BA′对称上去也是可以的呢。

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