最值系列之——將軍飲馬 (問題引入和模型總結)


一、什麼是將軍飲馬?

【問題引入】

“白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河”,這是唐代詩人李頎《古從軍行》裡的一句詩。而由此卻引申出一系列非常有趣的數學問題,通常稱為“將軍飲馬”。

【問題描述】

如圖,將軍在圖中點A處,現在他要帶馬去河邊喝水,之後返回軍營,問:將軍怎麼走能使得路程最短?

【問題簡化】

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)

數學拔尖特訓營製作


如圖,在直線上找一點P使得PA+PB最小?

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


【問題分析】

這個問題的難點在於PA+PB是一段折線段,通過觀察圖形很難得出結果,關於最小值,我們知道“兩點之間,線段最短”、“點到直線的連線中,垂線段最短”等,所以此處,需轉化問題,將折線段變為直線段.

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


【問題解決】

作點A關於直線的對稱點A’,連接PA’,則PA’=PA,所以PA+PB=PA’+PB


當A’、P、B三點共線的時候,PA’+PB=A’B,此時為最小值(兩點之間線段最短)


【思路概述】

作端點(點A或點B)關於折點(上圖P點)所在直線的對稱,化折線段為直線段.

二、將軍飲馬模型系列

【一定兩動之點點】

在OA、OB上分別取點M、N,使得△PMN周長最小.

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


此處M、N均為折點,分別作點P關於OA(折點M所在直線)、OB(折點N所在直線)的對稱點,化折線段PM+MN+NP為P’M+MN+NP’’,當P’、M、N、P’’共線時,△PMN周長最小.


【例題】如圖,點P是∠AOB內任意一點,∠AOB=30°,OP=8,點M和點N分別是射線OA和射線OB上的動點,則△PMN周長的最小值為___________.

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


【分析】△PMN周長即PM+PN+MN的最小值,此處M、N均為折點,分別作點P關於OB、OA對稱點P’、P’’,化PM+PN+MN為P’N+MN+P’’M.

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


當P’、N、M、P’’共線時,得△PMN周長的最小值,即線段P’P’’長,連接OP’、OP’’,可得△OP’P’’為等邊三角形,所以P’P’’=OP’=OP=8.

最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)

pap

【兩定兩動之點點】

在OA、OB上分別取點M、N使得四邊形PMNQ的周長最小。


最值系列之——將軍飲馬   (問題引入和模型總結)


考慮PQ是條定線段,故只需考慮PM+MN+NQ最小值即可,類似,分別作點P、Q關於OA、OB對稱,化折線段PM+MN+NQ為P’M+MN+NQ’,當P’、M、N、Q’共線時,四邊形PMNQ的周長最小。


【一定兩動之點線】

在OA、OB上分別取M、N使得PM+MN最小。

此處M點為折點,作點P關於OA對稱的點P’,將折線段PM+MN轉化為P’M+MN,即過點P’作OB垂線分別交OA、OB於點M、N,得PM+MN最小值(點到直線的連線中,垂線段最短)


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