将军饮马变形之“两动一定”型几何最值问题
我们知道,将军饮马问题指的是在一条定直线的同侧有2个定点,使得该直线上一点与两定点的距离之和最小。
如图,在直线上取一点P使得PA+PB最小。作点B关于直线的对称点B′,连接AB′与直线交于点P即可。
解法
此类问题做多了,就变成套路题了。所以难度不大。
但是如果将这种问题做一个变形,把“两定一动”改为“两动一定”,那情况就不一样了。
【变形1】
如图,点D为等边△ABC的边BC的中点,连接AD,点M、N分别为线段AD和AC上的动点,且AM=CN,当BM+BN最小时,∠MBN的度数为 °.
同学们,
先猜测一下答案,
然后再继续往下看!
【分析】
由于M和N都是动点,而点B是定点,所以无法直接确定何时BM+BN的和最小。
如果能把BM与BN变成三点共线那种类型就可以了。
但是怎么转化都不好转化。
题目的关键条件是AM=CN,因此可以考虑利用这个条件进行辅助线的构造。
线段相等,我们能想到什么呢?
一般我们都会想到构造全等。那怎么构造呢?
首先,AM在△ABM中,而CN在△BCN中,但是它们不全等。
所以我们可以选定一个三角形,以另外一边为基础构造全等。
【方法一】
固定△ABM,以CN为边构造一个三角形与△ABM全等。那么我们只需要构造30°的角即可,如下图:
过点C作CE⊥BC,并在CE上取一点E,使得CE=AB,连接EN。
那么我们可以得到△ABN≌△CEN(SAS),则EN=BM。
那么就转化为求BN+EN最小了,也就是B、N、E三点共线的时候和最小。
此时,∠CBE=∠CEB=45°,则∠CBN=45°,∠ABM=∠CEN=45°,
那么 易得∠MAN=30°。
【方法二】
如下图,过点C作CE⊥AB,且CE=AB,连接EN,则根据△ABM≌△CEN(SAS),得BM=EN。
现在就可以把BM+BN变成BN+EN,而点N在AC上运动,B与E为定点,也就变成了将军一那么问题了。
解法就变成和上一题类似了。
既然我们可以构造和△ABM全等的三角形,那么可不可以构造和△CBN全等的三角形呢?
当然可以。
【方法三】
如上图,以AM为边构造△AMF≌△CNB,得BN=FM,那么把BM+BN就转化为了求BM+FM的最小值了。连接BF即可。
此时,△ABF为等腰直角三角形,∠ABM=45°,∠CBN=∠AFM=45°。
【方法四】
如下图,如果在AD的左侧构造△AMF也是一样的,这时候就是将军饮马问题了,还是需要找出对称点进行求解。
具体方法与上一种类似,不再详述。
【总结】
本题的关键是什么呢?
可以发现两个三角形分别有两组边对应相等,但是夹角不一样,所以无法得到全等。那么就可以考虑以其中一个三角形为样板进行构造。
【变形2】
(2013天津中考数学压轴题改编)如图,点A(-2,0),点B(0,4)和点E(0,1),将AE沿着x轴方向平移得到A′E′,连接A′B和E′B,求A′B+E′B的最小值。
此时,也是两动一定,不过题目的主要条件是平移,所以此时可以考虑用平移的方式进行转化。将BE′沿着E′A′的方向平移至点A′,或者将A′B沿着A′E′方向平移至点E′即可。
如图1,相当于求A′B与A′B′的和最小。
图1
如图2,下面这种方式也可以的。
图2
上面两种方法都是转化为将军饮马问题,那能不能直接转化为两点之间线段最短的问题呢?
当然,也是可以的。
如上图,直接把BE′对称到上面的BE′′即可。如果把BA′对称上去也是可以的呢。
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