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中考数学:“线段最值”系列之(1)


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天下难事必作于易,天下大事必作于细。身为基层一线教师,随着时间的推移和工作经验的积累越发感叹唯将工作做细做实,转变传统的教学观念,才能跟上时代的步伐。近期阅读多位大师的杰作,收获颇丰,不时有共鸣之处。丢失多年的写作习惯渐渐找回。本文欲通过一周左右的时间对“线段最值问题”进行梳理,可能对很多专家来说可能是一个老话题,中间也引用了不少同行如谈志国老师、段广猛老师等的想法和思路,在此一并表示感谢!由于能力有限,不当之处还请各位批评、指正!


一、知识依据

1.线段公理——两点之间,线段最短;

P在直线l上,AP+BP何时最小?

2.垂线段最短

P在直线l上,AP何时最小?

 

3.对称的性质——①关于一条直线对称的两个图形全等;②对称轴是两个对称图形对应点连线的垂直平分线;

A与点A关于直线EF对称,聪明的你能找到图中相等的角和相等的线段吗?试试看!

4.三角形三边关系:三角形任意两边之和大于第三边三角形任意两边之差小于第三边。(本质上也可以理解为两点之间线段最短!)

这几条依据是解决数线段类最值问题(函数类除外)的知识原点,我们在教学过程中力求引导学生化繁为简,以简驭繁,从混沌中寻找秩序,从经验中发现规律,构建模型,从感性土壤中开出理性之花.

    好了!有了基本知识储备,那就让我们小试牛刀,尝试完成以下基本作图吧!


 

二、基本作图

1.在一条直线m上,求一点P,使PA+PB最小;

1)点AB在直线m两侧:

 

简析:连接AB交直线于点P,即为所求,知识依据为“两点之间,线段最短”.

 

2)点AB在直线同侧:

 

 

简析:作点A关于直线m的对称点A’,连接A’B与直线m的交点即为所求,由对称可得PA=PA’,PA+PB最小值即为PA’+PB最小,再根据“两点之间线段最短”即可解释.

(注:这就是传说中大名鼎鼎的“将军饮马模型”,后面将专门分析)

2.“将军饮马问题”变式:

已知AB是两个定点,PQ是直线m上的两个动点,PQ的左侧,PQ间长度恒定(长度为d,在直线m上要求PQ两点,使得PA+PQ+QB的值最小。

1)点AB在直线m两侧:

 

简析:过点A作平行于直线m的线段AC使AC=d,连接BC交直线m于一点即为点Q,过点A作CQ的平行线交直线m于点P;因为线段PQ长度恒定,所以PA+PQ+QB最小值就转化为PA+QB的值最小,由平行四边形性质可知PA=CQ,所以PA+QB就转化为CQ+QB的最小值,结合“两点之间线段最短”即可解释.

2)点AB在直线m同侧:

 

简析:过点A作平行于直线m的线段AC使AC=d,作点B关于直线m的对称点B’,连接B’C交直线m于一点即为点Q,过点A作CQ的平行线交直线m于点P;因为线段PQ长度恒定,所以PA+PQ+QB最小值就转化为PA+QB的值最小,由平行四边形性质和对称性质可知PA=CQ、BQ=BQ’,所以PA+QB就转化为CQ+QB’的最小值,结合“两点之间线段最短”即可解释.

 

(饮马问题其它变式将另作分析,不再累述)

 

2.在直线mn上分别找两点PQ,使PA+PQ+QB最小。

1)两个点都在直线外侧:

 

简析:连接AB与直线m、n的交点即为所求点P、点Q,理由为“两点之间线段最短”.

 

 2)一个点在内侧,一个点在外侧:

 

简析:作点B关于直线n的对称点B’,由对称可知BQ=BQ’,所有PA+PQ+QB就转化为PA+PQ+QB’,再结合两点之间线段最短即可解释.

 

3)两个点都在内侧:

简析:分别作点A和点B关于直线m、n的对称点A’、B’,连接A’B’与直线m、n交于两点即为所求点P、点Q,由对称可知PA=PA’,QB=QB’,所以PA+PQ+QB就转化为PA’+PQ+QB’,再结合“两点之间线段最短”即可解释.

 

4)台球两次碰壁模型

变式一:已知点AB位于直线m,n 的内侧,在直线nm分别上求点DE点,使得围成的四边形ADEB周长最短.

简析:因为线段AB长度不变,要使四边形ADEB周长最短,只要保证AD+DE+BE最小即可,这样就转化为上面的的模型;分别作点A和点B关于直线n、m的对称点A’、B’,连接A’B’与直线n、m交于两点即为所求点P、点Q,由对称可知DA=DA’,EB=EB’,所以AD+DE+EB就转化为DA’+DE+EB’,再结合“两点之间线段最短”即可解释.

变式二:已知点A位于直线m,n 的内侧, 在直线mn分别上求点PQ,使APQ周长最短.

简析:作点A关于直线n、m的对称点,分别记为点A’、A”,由对称可知QA=QA’,PA=PA’,

所以C△APQ=QA+PQ+PA=QA’+PQ+PA”,再结合“两点之间线段最短”即可解释.


3.B在直线n上运动,在直线m上找一点P,使PA+PB最小(在图中画出点P和点B

1两点在直线两侧:

简析:如下图,结合“两点之间线段最短”、“垂线段最短”可得.

2两点在直线同侧:

简析:作点A关于直线m的对称点A’,由对称可知PA=PA’,所以PA+PB就转化为PA’+PB,结合“两点之间线段最短”、“垂线段最短”可得.

4.动点在圆上运动

B在⊙O上运动,在直线m上找一点P,使PA+PB最小(在图中画出点P和点B

1点与圆在直线两侧:

简析:如图,结合“两点之间线段最短”和“圆的半径不变性”可得直接连接OA即可得解.

2点与圆在直线同侧:

简析:如图,作点A关于直线m的对称点A’,结合“两点之间线段最短”和“圆的半径不变性”可得直接连接OA’即可得解.

 

5. 求两线段差的最大值问题

在一条直线m上,求一点P,使PAPB的差最大;

1)点AB在直线m同侧:

简析:如下图,当点P不与点A、B共线时,此时点P、A、B构成三角形,由三角形三边关系可知<>

 

2)点AB在直线m异侧:

 

简析:如下图,作点B关于直线m 的对称点,由对称可知PB=PB’,当点P不与点A、B共线时,此时点P、A、B’构成三角形,由三角形三边关系可知<>


正所谓“磨刀不耽误砍柴工”,以上为线段最值问题常见的基本作图,你若熟练掌握并将作图基本原理理解透彻,相信你一定能轻松解决能解决大多数问题,让我们在下面几个实战专题中再见.

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