“將軍飲馬”作為初中數學中尤為重要的問題模型,為求線段和的最值提供了思路和方法1.然而,從學生的解題情況來看,很多學生并未掌握該方法.在遇到問題時,無法靈活利用“將軍飲馬”求出線段和的最值.但是,從最近幾年的中考情況來看,“將軍飲馬”出現(xiàn)的幾率非常大,這就使一線教師不得不想方設法將之講清、講透.鑒于這種形勢與需要,本文中對“將軍飲馬”的理論進行剖析,為學生講清楚為什么“將軍飲馬\"可用于求線段和的最值,也為一線教師提供更多授課思路.
1剖析理論基礎
“將軍飲馬”用于求線段和的最值,是基于兩個方面的理論,其一是“兩點之間,線段最短”,其二是軸對稱的性質.下面針對這兩大理論基礎分別作進一步的介紹:
(1)“兩點之間,線段最短”
如果題中出現(xiàn)了兩個定點,那么只需將兩定點連接起來構成一條線段,那么這條線段的長度就是兩點之間的最短距離[3].證明如下:
如圖1所示,有兩個點 A,B ,連接這兩點得到線段 A B .如果用曲線連接 A,B 兩點,可將曲線看成圖2中的折線,于是根據“在三角形中,兩邊之和大于第三邊”,可證得 A C+B Cgt;A B .換言之,只有將 A,B 兩點直接連成線段 A B,A,B 兩點之間的距離才有最小值,最小值就是線段 A B 的長度.
(2)軸對稱的性質
“兩點之間,線段最短”為求線段和的最小值提供了重要思路,即把幾條線段轉化成一條線段,或讓線段的幾個端點在同一條直線上.那么如何將幾條線段轉化成一條線段呢?接下來就需要借助“軸對稱的性質”
線段AC和BC原本不在同一直線上,那么可利用“軸對稱的性質”將它們以如圖3所示的方式進行轉化.
受圖3啟發(fā),可將“兩定一動”的問題利用圖4來解決,這樣把“軸對稱的性質”和“兩點之間,線段最短\"結合起來,就解決了兩線段和的最小值問題.那么,為何通過圖4中的“將軍飲馬”模型就可得到 C A+ CB的最小值?下面,進一步釋疑:
如圖5所示, D 是 ι 上除 c 點外的任意一點,則就有線段 A D , 此時, A D+B D 就是點A,B 到點 D 的距離之和.因為直線l 是線段
的垂直平分線,所以有
.于是,利用等量代換就得到 A D+B D=
.在
中,根據“在三角形中,兩邊之和一定大于第三邊”,可得
,即
所以,點 D 并非是使 C A+C B 的值最小的點.如此在直線 l 上多取幾個點進行如上驗證,會發(fā)現(xiàn)使得 C A+C B 的值最小的點只有一個,那就是
和
正好在一條直線上的點 C
其實,通過以上兩個知識點,就構成了一個等腰三角形,而等腰三角形可將兩條線段的位置轉化.這時,再結合三角形的三邊關系,自然就能得到線段和的最小值.
2例題分析
在介紹“將軍飲馬”的理論基礎后,接下來結合例題展示其如何應用于求線段和的最值.
例題如圖6所示,在正方形A B C D 中, E 是 A B 上一點, B E= 2,A E=3B E,P 是 A C 上的動點,則 P B+P E 的最小值是________
分析:本題是典型的“將軍飲馬”模型,只需作出其中一個點的對稱點,然后將另一個點和該對稱點連接,必會出現(xiàn)與 A C 的交點,該點即為符合題意的動點的位置.
首先,作一個點關于直線的對稱點;
然后,將另一個點和該對稱點連接,與直線會有一個交點,該交點就是使線段和為最小值的點的位置;
3方法總結及注意事項
最后,借助圖5對“在三角形中,兩邊之和一定大于第三邊”“兩點之間,線段最短”兩點理論的直觀展現(xiàn)非常重要,這是學生加深理解并提高應用效率的關鍵,因為只有學生通過圖5對它們產生了更深入、更全面的理解,才能真正理解“為什么‘將軍飲馬'模型可用于求線段和的最值”
通過上述理論剖析和例題分析,利用“將軍飲馬”模型解決線段和的最值問題(兩個定點位于直線同側
總之,在面對學生學習過程中存在的問題時,作為一線數學教師,一方面要正視問題,另一方面要積極探究其解決方式.初中生的思維能力尚不夠成熟,探究能力也有限,面對這類求線段和最值的題型時,不免捉襟見肘、難以下筆.但是,倘若教師能在這類問題的解決方法上提供更多的指導,那么學生的自信心和解題能力都可得到提升,對學生素養(yǎng)的整體提升也會產生極大幫助.
參考文獻:
[1]劉崇志.關于“線段和”最短問題的分析與解決方法舉例[J].進展,2021(9):183-185.
[2]吳勤.巧用軸對稱解決生活中的最短路徑問題[J].新高考(升學考試),2015(5):17-18.
[3]趙曉明.運用“兩點之間線段最短”解題的奧妙[J].中國校外教育,2013(13):43,73.
[4]蔡立翔“將軍飲馬”問題的思考—利用軸對稱性質求最小值J.讀書文摘,2014(11):127-128.
[5]于波.利用軸對稱求極值在中考題中的應用[J].中學數學研究(華南師范大學版),2018(22):47-49.