暑假特辑11 《轴对称》之“将军饮马”问题(下)
【变式3】
若将军骑马从军营出发,先骑马去草地边吃草,再牵马去河边喝水,最后将马送入河边上的马厩,问:马厩建在何处,可使将军走的路程最短?
【图示】
【分析】
我们同样把这个问题转化为熟悉的数学问题,把军营看作一个点,而把草地边和河边看作两条直线.问题即转化为,如下图:在∠MON的内部有一点A,在OM上找一点B,在ON上找一点C,使得AB+BC最短.
首先明确各点,线的属性.
点A是定点,OM,ON是定线,点B,点C是OM,ON上要找的点,是动点.
第一步,显然用“化折为直”,作点A关于OM的对称点A’,连接A’C.但是点C的位置并不确定,如何保证A’C最短呢?此时问题转化为射线ON外一点A’到ON上一点C之间距离的最小值.
根据“垂线段最短”,则A’C⊥ON时最短!
【解答】
【变式4】
若将军从军营A出发去河边饮马,之后牵马在河岸散步200米,再骑回军营B,问从河边何处开始散步,可使整个行程最短?
【图示】
蓝色部分即为散步所走的200米.
【分析】
我们继续把这个问题转化为熟悉的数学问题,把军营A与军营B看作2个定点,把河看作一条直线.问题即转化为,如下图:在直线l上找两个点C,D,使得AC+BD最短.
本题若作点A关于l的对称点A’,连接A’C和BD,会出现两线段不共线的问题,怎么办?我们能不能把BD进行相应的平移,使得与A’C共线?
完全可以,把BD沿着DC方向向左平移200米,问题即迎刃而解.
或者我们可以这么想象,把河边散步的200米,挪至回到军营B前,沿着与河平行的方向向右散步200米,问题也可解决.
【解答】
如图,作点A关于l的对称点A’,将点B向左平移CD的长度到点B’(实际为200米),连接A’ B’,交直线l于点C,将点C向右平移CD的长度到点D,点C,点D即为所求.
【变式5】
将军每日需骑马从军营出发,去河岸对侧的瞭望台观察敌情,已知河流的宽度为30米,请问,在何地修浮桥,可使得将军每日的行程最短?
【图示】
灰紫色部分即为长30米的浮桥.
【分析】
我们还是把这个问题转化为熟悉的数学问题,把军营与瞭望台看作间隔30米的2条直线外侧的定点.问题即转化为,如下图:在直线l1上找一个点C,直线l2上找一个点D,使得AC+BD+CD最短.
由于CD长度确定,则题目转化为求AC+BD最短,考虑在河的两侧,要使线段之和最短,则2条线段在同一直线上时即可.但这里并不共线,因此继续考虑平移.
我们可以想成从军营出发先“渡河”,即沿CD方向行30米至点A’,再考虑“两点之间,线段最短”.
【解答】
如图,将点A沿CD方向,平移CD长度(实际30米)至点A’,连接A’B,交l2于点D,过点作DC⊥l2于点C,连接AC.则桥CD即为所求.
此时AC= A’D,而A’D+DB=A’B,最短.
【总结&反思】
这次的3道题,有涉及到沿河边散步的问题,有造桥选址问题,但无外乎涉及到一个“平移”的思想方法,结合“两点之间,线段最短”解决,另外,有时还需考虑“垂线段最短”.
如用口诀来总结,那就是:
造桥散步怎么办,
想到平移就不难。
若问万般适用法,
两点线段垂最短。
【练习】
1) 如图,在直线l上求作点M,使MB-MA的差最大
2) 如图,在直线l上求作点M,使MB-MA的差最大