“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

唐朝詩人李頎的詩《古從軍行》開頭兩句說:“白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河”詩中隱含著一個有趣的數學問題.

如圖所示,詩中將軍在觀望烽火之後從山腳下的A點出發,走到河邊飲馬後再到B點宿營.請問怎樣走才能使總的路程最短?這就是所謂的“將軍飲馬”問題。

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

實際上,我們將問題再進一步畫圖:

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

圖中所示O點便為最佳的飲馬地點,原因在於從A到O和從A’到O距離相等,而兩點間距離最短,所以A’B能取的最短值便是(紅色長於藍色)。

這只是"將軍飲馬"問題的一種形式,它還有多種變化(在直線上找一點滿足下列條件):

(1)PA+PB最小

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(2)PA-PB最小

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(2)PA-PB最大

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(4)周長最短

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(5)“過河”最短距離(注意河寬)

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(6)線段和最小(實線)

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

(7)座標系中的應用

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

把模型簡單進行舉例:

1、如圖,點 P 在銳角∠AOB 的內部,在 OB 邊上求作一點 D,在 OA 邊上求作一點 C,使△ PCD 的周長最小。

思路:做點P關於直線OA, OB的對稱點P1, P2,P1P2與直線OA、OB的交點為所求點C、D,PCD的周長最小值為P1P2的長。

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

2、在∠MON的內部有點A和點B,在OM上找一點C,在ON上找一點D,使得四邊形ABCD周長最短.

思路:作點A關於OM的對稱點A’,作點B關於ON的對稱點B’ ,連接A’ B’,與OM交於點C,與ON交於點D,連接AC,BD,AB,四邊形ABCD即為所求.

“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

3、如圖,在等邊△ABC中,AB = 6,AD⊥BC,E是AC上的一點,M是AD上的一點,且AE = 2,求EM+EC的最小值

思路:同樣找C關於AD的對稱點,實際上即為B,


“將軍飲馬”模型在實際解決最短路徑和動點問題的應用

實際上在中考試題中也經常出現類似題目,有興趣的可以找一下。


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