分享

线段和差最值的本质变化(一)

 黄河清 2024-08-28 发布于河南

讲解今天的内容,先讲解一种数学思想“转化与化归”。

转化与化归,是在解决问题时,化未知为已知,化复杂为简单,化陌生为熟悉,化抽象为具体,化实际问题为数学问题的一种数学思想方法,它具有普遍适用性,在解决问题时几乎无处不在。

化归思想包含三个要素:化归对象、化归目标和化归途径。正确运用化归思想,需要理解化归对象,明确化归目标,探究化归途径。

一、基本图形(基本知识依据)
所有问题汇总只有两个:
①定点到定点:两点之间,线段最短
②定点到定线:点线之间,垂线段最短
              基本图形1              基本图形2

由此衍生出以下5个问题:

定点到定点:三角形两边之和大于第三边
定线到定线平行线之间,垂线段最短
定点到定圆点圆之间,点心线截距最短(长)
定线到定圆:线圆之间,心垂线截距最短
定圆到定圆:圆圆之间,连心线截距最短(长)

二、问题类型
直接包含基本图形
动点路径待确定;
动线(定点)位置需变换

三、问题转化(几何变换)的方法
等值变换:平移、对称(翻折)、旋转
比例变换:三角转换、相似变换

四、解题思想:转化与化归
核心方法1:同侧变异侧
(以下作图,黑色的点表示“定点”,红色表示“动点”)
作B关于直线的对称点B',即PA+PB=PA+PB',所以一般情况下,求(PA+PB)最小值,等同于PA+PB’)最小值。

以上是将军饮马的基本图形,由这个图形可以衍生出几种基本变化:
变化1:一个动点变化成两个动点
问题描述:PQ为定长线段,在直线l上运动;求线段PQ运动到哪里,(PA+PQ+QB)最小?
问题解决:如何通过化归思想将上面的图转化成我们的基本图形1?
①基本图形1中,只有一个动点P,但是这里有两个动点P、Q;
②“化陌生为熟悉”,如果两个动点变成一个动点,这个问题就解决了;
③此时利用几何三大变换里面的“平移变换”,将问题②得到解决,只是平移的时候,需要整体平移。

④将动点Q平移到动点P,平移了距离d,同时定点B也延相同方向平移相同距离,则QB=PB',此时(PA+PQ+QB)等同于(PA+PQ+PB');
⑤又因为PQ=d为定值,所以(PA+PQ+QB)最小=(PA+QB)最小+d=(PA+PB')最小+d。当A、P、B'三点共线时,取到最小值。
以上,通过平移转化,将这个问题转化成了基本图形1.

但同时,在这类问题中,一般出题再增加上对称变换,让问题稍显复杂,但我们的思路没有变,还是逐步“化陌生为熟悉”,比如下图的变化:

问题描述:PQ为定长线段,在直线l上运动;求线段PQ运动到哪里,(PA+PQ+QB)最小?
问题解决:只是在上面的问题中增加了一步,对称变化。

1

2

3

4


变化2:一条直线变成两条直线
问题描述:动点P、Q分别在直线l1和l2上运动;求P、Q运动到哪里,(PA+PQ+QB)最小?
这个问题很好解决,即当A、P、Q、B四点共线时,取得最小值。

在这类问题下,一般情况下又会衍生两种常见的题型。
首先看下面这类最特殊的题型:

问题描述:直线l1∥l2,PQ为定长线段且垂直于两条直线;求线段PQ运动到哪里,(PA+PQ+QB)最小?
问题解决:如何通过化归思想将上面的图转化成我们的基本图形1?
①基本图形1中,只有一个动点P,但是这里有两个动点P、Q;只有一条直线,这里有两条直线。
②“化陌生为熟悉”,如果两个动点变成一个动点,两条直线变成一条直线,这个问题就解决了;在这里这类题型能同时处理这两个问题是因为特殊性,直线平行,线段与直线垂直。
③此时利用几何三大变换里面的“平移变换”,将问题②得到解决,只是平移的时候,需要整体平移。

④将直线l2平移到与直线l1重合,则此时动点Q平移到动点P,平移了距离d,同时定点B也延相同方向平移相同距离,则QB=PB',此时(PA+PQ+QB)等同于(PA+PQ+PB');
⑤又因为PQ=d为定值,所以(PA+PQ+QB)最小=(PA+QB)最小+d=(PA+PB')最小+d。当A、P、B'三点共线时,取到最小值。
以上,通过平移转化,将这个问题也转化成了基本图形1.

在这类题型下,再增加对称变换,会构成以下几种题型。

以上三种类型的变化,仅仅只是增加了“对称变换”,核心就是“同侧变异侧”。

今天针对初中阶段,一般情况下,线段和差最值问题中涉及到“基本图形1”的变化,进行了梳理,所以“万变不离其宗”,我们透过现象看本质,很多复杂的问题都能简单化。后续我们再来完善其他部分。

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多