平面幾何中涉及最值問題的相關定理或公理有:① 線段公理:兩點之間,線段最短. 並由此得到三角形三邊關係; ② 垂線段的性質:從直線外一點到這條直線上各點所連的線段中,垂線段最短. 在一些“線段和最值”的問題中,透過翻折運動,把一些線段進行轉化即可應用 ①、② 的基本圖形,並求得最值,這類問題一般被稱之為“將軍飲馬”問題。
問題提出:
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?
模型提煉:
模型【1】一定直線、異側兩定點
直線l和l的異側兩點A、B,在直線l上求作一點P,使PA+PB最小
解答:根據“兩點之間,線段距離最短”,所以聯結AB交直線l於點P,點P即為所求點
模型【2】一定直線、同側兩定點
直線l和l的同側兩點A、B,在直線l上求作一點P,使PA+PB最小
解答:
第一步:畫點A關於直線l的對稱點A"(根據“翻折運動”的相關性質,點A、A"到對稱軸上任意點距離相等,如圖所示,AP=A"P,即把一定直線同側兩定點問題轉化為一定直線異側兩定點問題)
第二步:聯結A"B交直線l於點Q,根據“兩點之間,線段距離最短”,此時“A"Q+QB”最短即“AQ+QB”最短
模型【3】一定直線、一定點一動點
已知直線l和定點A,在直線k上找一點B(點A、B在直線l同側),在直線l上找點P,使得AP+PB最小。
第一步:畫點A關於直線l的對稱點A"第二步:過點A"做A"B⊥k於點B且交直線l於點P,根據“從直線外一點到這條直線上各點所連的線段中,垂線段最短”,可知A"P+PB最小即AP+PB最小
問題升級:
問題:如圖,△ABC中,點D、E、F分別在邊AB、AC、BC上,試求作△DEF的最小值
解答:將點D視為定點,先作出△DEF的最小值對應的線段D’D’’,而後研究D’D’’隨著點D的位置變化過程中的最小值即可
無論點D位置在何處,點C對線段D’D’’的張角不變,即∠ D’CD’’的大小不變,為2∠ACB. 因而,為使得D’D’’最小,只需要CD’ = CD’’ = CD最小即可,顯然當CD⊥AB時,有垂線段最小,從而內接三角形△DEF的周長最小。
現在已經有CD⊥AB,接下來說明點E、點F也正好是△ABC的高線的垂足!如下圖:D’、D、D’’三點在以C為圓心的圓上,
弧D’D所對圓心角為∠D’CD,
所對圓周角為∠D’D’’D,
故有:(1/2)∠D’CD=∠D’D”D.
由翻折又有:(1/2)∠D’CD=∠ECD,
得∠D’D”D=∠ECD,
故C、E、D、D’’四點共圓;
另一方面:∠CDB+∠CD”B=180°,
故C、D、B、D’’四點共圓,綜上有:C、E、D、B、D’’ 五點共圓,從而∠CDB=∠CEB=90°
同理可證∠AFC=∠ADC=90°
從而得到一個重要結論:銳角三角形的所有內接三角形中,垂足三角形周長最小。
平面幾何中涉及最值問題的相關定理或公理有:① 線段公理:兩點之間,線段最短. 並由此得到三角形三邊關係; ② 垂線段的性質:從直線外一點到這條直線上各點所連的線段中,垂線段最短. 在一些“線段和最值”的問題中,透過翻折運動,把一些線段進行轉化即可應用 ①、② 的基本圖形,並求得最值,這類問題一般被稱之為“將軍飲馬”問題。
問題提出:
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?
模型提煉:
模型【1】一定直線、異側兩定點
直線l和l的異側兩點A、B,在直線l上求作一點P,使PA+PB最小
解答:根據“兩點之間,線段距離最短”,所以聯結AB交直線l於點P,點P即為所求點
模型【2】一定直線、同側兩定點
直線l和l的同側兩點A、B,在直線l上求作一點P,使PA+PB最小
解答:
第一步:畫點A關於直線l的對稱點A"(根據“翻折運動”的相關性質,點A、A"到對稱軸上任意點距離相等,如圖所示,AP=A"P,即把一定直線同側兩定點問題轉化為一定直線異側兩定點問題)
第二步:聯結A"B交直線l於點Q,根據“兩點之間,線段距離最短”,此時“A"Q+QB”最短即“AQ+QB”最短
模型【3】一定直線、一定點一動點
已知直線l和定點A,在直線k上找一點B(點A、B在直線l同側),在直線l上找點P,使得AP+PB最小。
解答:
第一步:畫點A關於直線l的對稱點A"第二步:過點A"做A"B⊥k於點B且交直線l於點P,根據“從直線外一點到這條直線上各點所連的線段中,垂線段最短”,可知A"P+PB最小即AP+PB最小
問題升級:
問題:如圖,△ABC中,點D、E、F分別在邊AB、AC、BC上,試求作△DEF的最小值
解答:將點D視為定點,先作出△DEF的最小值對應的線段D’D’’,而後研究D’D’’隨著點D的位置變化過程中的最小值即可
無論點D位置在何處,點C對線段D’D’’的張角不變,即∠ D’CD’’的大小不變,為2∠ACB. 因而,為使得D’D’’最小,只需要CD’ = CD’’ = CD最小即可,顯然當CD⊥AB時,有垂線段最小,從而內接三角形△DEF的周長最小。
現在已經有CD⊥AB,接下來說明點E、點F也正好是△ABC的高線的垂足!如下圖:D’、D、D’’三點在以C為圓心的圓上,
弧D’D所對圓心角為∠D’CD,
所對圓周角為∠D’D’’D,
故有:(1/2)∠D’CD=∠D’D”D.
由翻折又有:(1/2)∠D’CD=∠ECD,
得∠D’D”D=∠ECD,
故C、E、D、D’’四點共圓;
另一方面:∠CDB+∠CD”B=180°,
故C、D、B、D’’四點共圓,綜上有:C、E、D、B、D’’ 五點共圓,從而∠CDB=∠CEB=90°
同理可證∠AFC=∠ADC=90°
從而得到一個重要結論:銳角三角形的所有內接三角形中,垂足三角形周長最小。