逆应用瓜豆原理,解决加权线段和最值问题
昨天在九章群刘老师发了一道题,题目是求加权线段和的最小值。(就是前面带系数的线段和)
初看这道题比较特别,似乎不是常见的系数转化,之前有搞过,胡不归,加权费马点,阿氏圆,这些都是比较常见的加权线段和问题。
(点击查看:几何动点,路径最短问题(线段(和)最短)策略)
而且经过软件验证,B在O的时候最小,感觉题出的很一般啊,BC最小的时候就是最小,说明任意时刻BC的增加变化速度比AB减小速度快。用什么方法,当然可以设未知数拉,设OB为x,结合勾股,则这个加权线段和会变成一个式子,求此式子的最小值即可。
我比较懒就不打字了,以下是刘老师的方法,这个式子是一个根式和的形式。根式和求最小值在初中可以数形结合转化为两定一动型线段和最短。
几何方法,一半是把带系数的转化为不带系数的线段,我开始也没想到,是于特提出的,找到点D(-1,-根3)这样即可得BD就是BC的一半,也就完成了转化,就是求BD+BA的最小值,(就是两定一动型)
很多方法可以证明,角BDC为直角,比如如下图,旋转相似
如下图三垂直相似模型:
B
非常完美的方法,于特的讲解蜻蜓点水。我确恍然大悟一点,这不就是瓜豆原理的逆应用吗?不清楚瓜豆原理点击下方:
(点击查看:捆绑旋转和瓜豆原理以及旋转放缩(手拉手)相似的关联)
总结一下瓜豆的结论,瓜豆原理也可以叫“定点,定角,定长比原理”
已知定点(我起名叫瓜蒂),和主动点,可以推知主从动点轨迹相似(常见就两种轨迹,线段(直线)和圆,也有个别的函数轨迹)注意瓜豆原理之中也是有定长比的。所以可以用来转换线段比。
主从动点轨迹相似,从运动的角度看。主从动点的运动时间是相同的,所以轨迹比(即路程比)就是速度比,就等于两个动点到瓜蒂的距离比(定比)。而且还有结论,如果是直线,主从动点的轨迹直线所成角等于主从之间的角度(可区分顺逆时针)。也等于“定角”
回过来看着题,B和C就是两个动点,轨迹为直角,而且速度比固定(1:根3)。所以这两点是到某个定点的距离比为定值(1:根3),夹角为定角(90度),只需找到定点即可补完瓜豆原理模型。这个定点也好找,因为是时时刻刻成立的。只要从一个特殊时刻(位置找就好了),比如选B在原点时候,找一个点到B到C的距离比为1:根3.且夹角为90度。易得这个点的位置,这就是刚才的点D,的来历。
需要注意的是“瓜豆原理”之中,不仅主从两个动点到定点之间的距离比不变,这两个距离和两动点之间的距离比也是定值。比如本题中的不仅DB,DC的比为,定值,他们与BC 的比也为定值,因为动态过程中三角形BDC的形状不变(相似),(所以也叫放缩旋转)。本题正是利用了这一点把BC/2转化为BD。
正向瓜豆一般也是以一个定型的三角形为掩护。
最后的结论是,
1,两动点以固定的速度比运动,运动轨迹为直线(线段),并且当线的夹角为定角,则可以找到一定点,使得三点组成的三角形在运动过程中形状不变(即个边比不变,即放缩旋转)且定点为顶点的角的度数就是那个定角的度数,两动点速度比等于两动点分别到定点的距离比,
2,若果轨迹是圆,那么速度比等于圆的半径之比(周长比),圆心与两动点为定角,定点为顶点的角的度数就是那个定角的度数。(这个可能……少见)
真正理解一道题的原理的标志就是能改编它,接下来试着改编一下(我就不画图了),这里的点A没什么关键的作用,可以改成任意一个点。可以改编速度比,比如改成OC=根2BO+4(这个4也可以随意改个数),这样的话点D到B和C的距离比就是1;根2,运动方向不变还是垂直,易得D做标,问题中的BC前的系数需要变为1/根3,。
再比如运动方向也可以变(最好是特殊角),比如变为60度,B,C速度比变为1:2,BC前的系数改为1/根3,