例谈初中数学常见的几种"将军饮马"模型应用问题

发表时间:2020/7/28   来源:《中小学教育》2020年2月第6期   作者:杨玉洁
[导读] 近年来,饮马问题逐渐成为中考热门考点之一,并作为压轴题出现在中考数学试卷最后一题的位置上。
        近年来,饮马问题逐渐成为中考热门考点之一,并作为压轴题出现在中考数学试卷最后一题的位置上。想要解决将军饮马问题需要学生具有灵活的思维和较强的综合知识,从本质来看将军饮马问题所要解决的是确定动点和直线的位置,并且使得线段和最小,但是将军饮马问题的考察形式十分丰富,可以与很多问题相结合。本文旨在通过化折为直的思想,利用轴对称求线段的极值问题。
         关键词:将军饮马;化折为直;轴对称
         一、研究背景
        将军饮马问题让很多学生既兴奋又头疼,兴奋的是这个问题源于古罗马,是一个很有趣的历史问题,当然在我国古代《古从军行》当中也有这一问题的描述。头疼的地方在于,很多学生不能理解这一问题的本质,只要问题稍微进行变化就难以理解。将军饮马问题在古代是影响战争效率的一个重要问题,放在现在是考试的重点知识,因此下面就对本例题的基本形式进行阐述。
       
        关于将军饮马的典故,在这里就不再重复,图一展示的就是将军饮马的数学问题,即在河流当中寻找一个动点,让其到A和B的距离最小。面对这一问题很多学生都能够想到对称知识,能够找到河流当中的点。如图2所示。将L当作河流,A点与B点是在河流L同侧,想要找到最短的点,只要利用对称思想,在河流对侧寻找一点即可,做A点关于直线L的对称点A’,连接A’与B点与直线L交于P点。此时连接AP与BP,则AP+BP的线段和最小。这一模型是该类“将军饮马”变型题的基础,下面就这一问题在考试当中的变化形式进行一些探讨。
       
    
         二、实例研究
         2.1饮马问题在平行线中的应用
        如图3所示,已知直线 ∥ ,、之间的距离为8,点P到直线的距离为6,点Q到直线的距离为4,PQ = ,在直线上有一动点 A,直线 上有一动点 B,满足 AB ⊥ ,并且 PA 、AB 、BQ 三条线段的和最小,问当三条线段和最小时 PA与BQ 之和为多少 .
       

        解题思路:如图4所示,过直线L做P的垂直线于A’,在直线处交于B’,在PB’上选取线段PP’等于两条直线间的距离8,连接P’点和Q点使其交直线于点B,做交直线于点A,过Q点做于点Q’,则有上述可得线段P’B’的长度等于线段PA’的长度等于6,线段B’Q’的长度等于4。由图可知四边形ABP’P是平行四边形,故线段PA的长度等于线段P’B的长度。在这种情况下PA、PB、PQ的线段和等于8+PA+BQ的线段和等于8+P’Q最小。有两点之间直线最短可知,在中,故,则
        推理:本题中由平行线引出,虽然题目不难,但是考察的知识较为丰富。在本题中,可将题化为两个定点,一个动点,定点之间进行连线,让动点处于连线上,从而将动点的位置进行固定。
         2.2饮马问题在三角形中的应用
        如图4,在中,假设AC的长度为6米,BC的长度为8米,AD是顶角的平分线,E和F是两个移动点,如何求出CE和EF之和的最小值。
       
   
        解题思路:如图5所示,过点C作CGAD交AB于点G,由题意知AD平分 交BC于D点可知线段AD垂直平分CG,由图可知CE=GE,过G点CFAC于点F,交线段AD于点E,此时CE+EF=GE+EF=GF最小。
        在中,由题意AC=6,BC=8,则由勾股定理可知AB=10。由题意可知,故,由此可知,故线段CE+EF的最小值为。
        推理:这一道题目相比较基础题目来说已经具备了一定的难度,如果不进行提示很多学生想不到将军饮马问题还可以这样考察。同时也要求学生能够熟记平分角和相似三角形的相关知识,将其简化为一定点两动点两定直线模型,利用勾股定理和线段最短的定理求解。
         三、研究结论
        解决本类问题要以不变应万变,在变化中分解图形,抓住不变的特征,“找准一条线,寻找两个点”,然后寻找两个点的对称点,与“将军饮 马”的几种基本模型对接,实现“折”转“直”,甚至“三 ( 多) 折线”转“直”。问题的解决就是利用转化化归思想,能够将知识转化成图形,同时教师要强调精准训练,以求达到做一题、会一类、通一片之功效。由于饮马问题的载体比较多元化,解决方法多种多样,因此需要学生对所学的知识进行灵活调动,是对学生综合能力的一次考验,因而会对部分学生造成解题困难。
       
          参考文献
       
        [1]曹俊玲. 初中“最短路径问题”课题学习的教学研究[D].广州大学,2019.
       
        [2]李思佳. 初中数学“综合与实践”活动课的教学设计与实践研究[D].沈阳师范大学,2019.
       
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