中物理学易同步精品课堂专题04将军饮马模型单击此处添加文本具体内容THANKS一、方法突破:
(一)什么是将军饮马?
【问题引入】
“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”,这是唐代诗人李颀《古从军行》里的一句诗。而由此却引申出一系列非常有趣的数学问题,通常称为“将军饮马”。
【问题描述】
如图,将军在图中点A处,现在他要带马去河边喝水,之后返回军营,问:将军怎么走能使得路程最短?
【问题简化】
如图,在直线上找一点P使得PA+PB最小?
【问题分析】
这个问题的难点在于PA+PB是一段折线段,通过观察图形很难得出结果,关于最小值,我们知道“两点之间,线段最短”、“点到直线的连线中,垂线段最短”等,所以此处,需转化问题,将折线段变为直线段.
【问题解决】
作点A关于直线的对称点A’,连接PA’,则PA’=PA,所以PA+PB=PA’+PB
当A’、P、B三点共线的时候,PA’+PB=A’B,此时为最小值(两点之间线段最短)
【思路概述】
作端点(点A或点B)关于折点(上图P点)所在直线的对称,化折线段为直线段.
(二、将军饮马模型系列【一定两动之点点】
在OA、OB上分别取点M、N,使得△PMN周长最小
此处M、N均为折点,分别作点P关于OA(折点M所在直线)、OB(折点N所在直线)的对称点,化折线段PM+MN+NP为P’M+MN+NP’’,当P’、M、N、P’’共线时,△PMN周长最小
2.【两定两动之点点】
在OA、OB上分别取点M、N使得四边形PMNQ的周长最小。
考虑PQ是条定线段,故只需考虑PM+MN+NQ最小值即可,类似,分别作点P、Q关于OA、OB对称,化折线段PM+MN+NQ为P’M+MN+NQ’,当P’、M、N、Q’共线时,四边形PMNQ的周长最小。
3.【一定两动之点线】
在OA、OB上分别取M、N使得PM+MN最小。
此处M点为折点,作点P关于OA对称的点P’,将折线段PM+MN转化为P’M+MN,即过点P’作OB垂线分别交OA、OB于点M、N,得PM+MN最小值(点到直线的连线中,垂线段最短)
最值系列之——将军饮马(二)
【将军过桥】
已知将军在图中点A处,现要过河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短?
考虑MN长度恒定,只要求AM+NB最小值即可.问题在于AM、NB彼此分离,所以首先通过平移,使AM与NB连在一起,将AM向下平移使得M、N重合,此时A点落在A’位置.
问题化为求A’N+NB最小值,显然,当共线时,值最小,并得出桥应建的位置.
【用几何变换将若干段原本彼此分离线段组合到一起】
【将军过两个桥】
已知将军在图中点A处,现要过两条河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短?
考虑PQ、MN均为定值,所以路程最短等价于AP+QM+NB最小,对于这彼此分离的三段,可以通过平移使其连接到一起.
AP平移至A’Q,NB平移至MB’,化AP+QM+NB为A’Q+QM+MB’.
当A’、Q、M、B’共线时,A’Q+QM+MB’取到最小值,再依次确定P、N位置.
【将军遛马】
如图,将军在A点处,现在将军要带马去河边喝水,并沿着河岸走一段路,再返回军营,问怎么走路程最短?
【问题简化】已知A、B两点,MN长度为定值,求确定M、N位置使得AM+MN+NB值最小?
【分析】考虑MN为定值,故只要AM+BN值最小即可.将AM平移使M、N重合,AM=A’N,将AM+BN转化为A’N+NB.
构造点A关于MN的对称点A’’,连接A’’B,可依次确定N、M位置,可得路线.
二、典例精析
例一:(2021?湘西州)如图,已知抛物线经过,两点,交轴于点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)连接,求直线的解析式;
(3)请在抛物线的对称轴上找一点,使的值最小,求点的坐标,并求出此时的最小值;
【分析】(1)利用待定系数法解决问题即可.
(2)设的解析式为,把,两点坐标代入,转化为方程组解决.
(3)可以连接交直线于点,连接,此时的值最小,最小值为线段的长.
解:(1)把,代入,得到,
解得,
;
(2)在中,令,则,
,
设的解析式为,
,,
,
,
直线的解析式为.
(3)如图1中,
由题意,关于抛物线的对称轴直线对称,
连接交直线于点,连接,此时的值最小,最小值为线段的长,
此时,.
例二:(2021?通辽)如图,抛物线交轴于,两点,交轴于点,动点在抛物线的对称轴上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当以,,为顶点的三角形周长最小时,求点的坐标及的周长;
【分析】(1)运用待定系数法即可求得答案;
(2)因为为定值,所以当最小时,的周长最小,如图1,连接交对称轴于点,由轴对称性质可知,此点即为所求,再利用勾股定理求出、,即可得出答案;
解:(1)抛物线交轴于,两点,
,
解得:,
该抛物线的解析式为;
(2)在中,令,得,
,
的周长为:,是定值,
当最小时,的周长最小.
如图1,点、关于对称轴对称,连接交于点,则点为所求的点.
,
周长的最小值是:.
,,,
,.
周长的最小值是:.
抛物线对称轴为直线,
设直线的解析式为,将,代入,得:
,
解得:,
直线的解析式为,
;
例三:如图,抛物线经过点,.
(1)求抛物线与轴的另一个交点的坐标;
(2)如图①,在抛物线的对称轴上是否存在点,使得四边形的周长最小?若存在,求出此时点坐标;若不存在,请说明理由;
【分析】(1)根据函数的对称性即可求解;
(2)、两点关于对称轴对称,连接交对称轴于点,则点即为所求,进而求解;
【解答】解:(1)由抛物线表达式知,函数的对称轴为,
而点,
根据点的对称性,则,
故点的坐标为;
(2)存在,理由:
抛物线经过点,,
、关于对称轴对称,如图1,连接,
与对称轴的交点即为所求的点,此时,
四边形的周长最小值为:,
,,,
设直线解析式为,把、两点坐标代入可得,解得,
直线的解析式为,
由抛物线的表达式知,抛物线的对称轴为,
当时,,
故点的坐标为,;
三、中考真题对决
1.(2021?烟台)如图,抛物线经过点,,与轴正半轴交于点,且,抛物线的顶点为,对称轴交轴于点.直线经过,两点.
(1)求抛物线及直线的函数表达式;
(2)点是抛物线对称轴上一点,当的值最小时,求出点的坐标及的最小值;
【分析】(1)用待定系数法即可求解;
(2)点、关于抛物线的对称轴对称,设抛物线的对称轴交于点,则点为所求点,此时,当的值最小,进而求解;
解:(1)由点的坐标知,,
,故点的坐标为,
将点、、的坐标代入抛物线表达式得:,解得,
故抛物线的表达式为;
将点、的坐标代入一次函数表达式得:,解得,
故直线的表达式为;
(2)点、关于抛物线的对称轴对称,
设抛物线的对称轴交于点,则点为所求点,此时,当的值最小,
理由:由函数的对称性知,,
则为最小,
当时,,故点,
由点、的坐标知,,
则,
即点的坐标为、的最小值为;
2.如图,在平面直角坐标系中,二次函数的图象与轴交于,两点,与轴交于点,点的坐标为.
(1)求二次函数的解析式;
(2)若为抛物线对称轴上一动点,当在什么位置时最小,求出点的坐标,并求出此时的周长.
【分析】(1)用待定系数法即可求解;
(2)点关于函数对称轴的对称点为点,连接交函数对称轴于点,连接,则此时的周长最小,进而求解.
【解答】解:(1),在上,
则,解得,
二次函数的解析式为;
(2)点关于函数对称轴的对称点为点,连接交函数对称轴于点,连接,则此时的周长最小,
理由:的周长为最小,
由点、的坐标得,直线的表达式为,
当时,,即点,
则的周长最小值.
3.如图,抛物线的图象过点、、.
(1)求抛物线的解析式;
(2)在抛物线的对称轴上是否存在一点,使得的周长最小,若存在,请求出点的坐标及的周长;若不存在,请说明理由;
【分析】(1)由于条件给出抛物线与轴的交点、,故可设交点式,把点代入即求得的值,减小计算量.
(2)由于点、关于对称轴:直线对称,故有,则,所以当、、在同一直线上时,最小.利用点、、的坐标求、的长,求直线解析式,把代入即求得点纵坐标.
【解答】解:(1)抛物线与轴交于点、可设交点式
把点代入得:
抛物线解析式为
(2)在抛物线的对称轴上存在一点,使得的周长最小.
如图1,连接、
点在抛物线对称轴直线上,点、关于对称轴对称
当、、在同一直线上时,最小
、、
,
最小
设直线解析式为
把点代入得:,解得:
直线
点使的周长最小,最小值为
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