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  • 1 # 營山同鎮

    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。

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