专题10 最值模型之将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型2大模型-2025年中考数学常见几何模型全归纳之模型解读与提分精练(浙江专用)
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内容正文:
专题10 最值模型之将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型
将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型是将军饮马的姊妹篇,它是在将军饮马的基础上加入了平移的思想,主要还是考查转化与化归等的数学思想。在各类考试中都以中高档题为主,本专题就将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型进行梳理及对应试题分析,方便掌握。
在解决将军遛马和将军过桥(造桥),不管是横向还是纵向的线段长度(定长),只要将线段按照长度方向平移即可,即可以跨越长度转化为标准的将军饮马模型,再依据同侧做对称点变异侧,异侧直接连线即可。利用数学的转化思想,将复杂模型变成基本模型就简单容易多了,从此将军遛马和将军过桥(造桥)再也不是问题!
模型1.将军遛马模型(两定两动) 1
模型2.将军造桥模型 18
模型1.将军遛马模型(两定两动)
【两定点在直线异侧】如图1-1所示,已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ的长度恒定不变,在直线上求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
如图1-2所示,过点A作AC∥m,截取AC=PQ,连接CB与直线m交于点Q,此时点Q即为所求,Q向左侧移动PQ的长度,此时P点即为所求
证明:∵AC∥m且AC=PQ,所以四边形ACQP是平行四边形,则AP=CQ,当C、Q、B三点在同一条直线上时,CQ+QB最短,因为PQ是一个定值,所以AP+PQ+QB=CQ+QB+PQ=CB+PQ;
(此时PA+PQ+QB最短)。
【两定点在直线同侧】如图1-3所示,已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ的长度恒定不变,在直线上求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
如图1-4所示,过点B作关于直线m的对称点B1,过点A作AC∥m,截取AC=PQ,连接CB1与直线m交于点Q,此时点Q即为所求,Q向左侧移动PQ的长度,此时P点即为所求;
证明:由对称的性质可知BQ=QB1,∵AC∥m且AC=PQ,所以四边形ACQP是平行四边形,则AP=CQ,当C、Q、B1三点在同一条直线上时,CQ+QB1最短,因为PQ是一个定值,所以AP+PQ+QB=CQ+QB1+PQ=CB1+PQ(此时PA+PQ+QB最短)。
例1.如图,矩形中,,,G是的中点,线段在边上左右滑动,若,则的最小值为( )
A.4 B.5 C. D.
例2.如图,在矩形ABCD中,AB=6,AD=8,点P是BC中点,点E、F是边CD上的任意两点,且EF=2,当四边形APEF的周长最小时,则DF的长为( )
A.2 B.4 C. D.
1.(2024·陕西西安·模拟预测)如图,在正方形中,,是对角线上两点点靠近点,且,当的最小值为时,的长为 .
2.如图,正方形内接于,线段在对角线上运动,若的面积为,,则(1)的直径长为 ;(2)周长的最小值是 .
3.如图,在矩形中,点、分别是边、上的动点,,若,,则的最小值是 .
4.在矩形中,,,为边的中点.如图,若、为边上的两个动点,且,当四边形的周长最小时,则求的长为 .
5.如图,菱形ABCD的边长为6,∠ABC=60°,点E、F在对角线BD上运动,且ED=OF,连接AE、AF,则△AEF周长的最小值是 .
6.如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值为 .
7.【问题提出】(1)如图1,点A、B在直线l的同侧,点A到直线l的距离,点B到直线l的距离,A、B两点的水平距离,点P是直线l上的一个动点,则的最小值是________;
【问题探究】(2)如图2,在矩形中,,,G是的中点,线段在边上左右滑动,若,求的最小值;
【问题解决】(3)如图3,某公园有一块形状为四边形的空地,管理人员规划修两条小路和(小路的宽度忽略不计,两条小路交于点P),并在和上分别选取点M、N,沿、和修建地下水管,为了节约成本,要使得线段、与之和最小.
已测出,,,,,管理人员的想法能否实现,若能,请求出的最小值,若不能,请说明理由.
8.问题背景
(1)如图(1),在公路的一侧有,两个工厂,,到公路的垂直距离分别为和,,之间的水平距离为.现需把厂的产品先运送到公路上然后再转送到厂,则最短路线的长是_____.
问题探究
(2)如图(2),和是腰长为2的两个全等的等腰直角三角形,,点,重合,点,重合,将沿直线平移,得到,连接,.试探究在平移过程中,是否存在最小值.若存在,求出这个最小值;若不存在,请说明理由.
问题解决
(3)如图(3),A,B分别是河岸m一侧的两个旅游景点,它们到河岸的垂直距离分别是和,,的水平距离是.游客在景点游览完后,乘坐大巴先到河岸上的码头甲处,改乘游轮沿河航行到达码头乙,再乘坐大巴到达景点.请问码头甲,乙建在何处才能使从到的旅游路线最短,并求出最短路线的长.
9.如图,抛物线与y轴交于点A,B是AO的中点.一个动点G从点B出发,先经过x轴上的点M,再经过抛物线对称轴上的点N,然后返回到点A.如果动点G走过的路程最短,请找出点M、N的位置,并求最短路程.
模型2.将军造桥模型
【单桥模型】如图2-1所示,将军在图中A点,现在要过河去B点的军营,桥必须垂直与河岸建设,所以桥建在何处使得路程最短?
如图2-2所示,过A点作AA1∥MN且AA1=MN,连接A1B即可;
证明:∵AA1∥MN且AA1=MN,∴四边形AA1NM是平行四边形,∴AM=A1N,要求AM+MN+NB最短,∵MN是一个固定值,所以只需要求AM+NB最短,即求A1N+NB最短,当A1、N、B三点在同一条直线上时A1N+NB最短(如图2-3所示)。
【双桥模型】如图2-4所示,将军在图中A点,现在要过两条河去B点的军营,桥必须垂直与河岸建设,所以桥建在何处使得路程最短?
如图2-5所示,作AA1∥PQ,且AA1=PQ,作BB1∥MN,且BB1=MN,连接A1B1,则AP+PQ+QM+MN+NB=PQ+A1B1+MN最短。
证明:∵AA1∥PQ且AA1=PQ,∴四边形AA1QP是平行四边形,AP=A1Q,BB1∥MN且BB1=MN,∴四边形B1BNM是平行四边形,BN=B1M,所走的路程总和为AP+PQ+QM+MN+NB=A1Q+QM+MB1=A1B1+PQ
+MN(A1、Q、M、B1四点共线时最短)
例1.已知,在河的两岸有A,B两个村庄,河宽为4千米,A、B两村庄的直线距离AB=10千米,A、B两村庄到河岸的距离分别为1千米、3千米,计划在河上修建一座桥MN垂直于两岸,M点为靠近A村庄的河岸上一点,则AM+BN的最小值为( )
A.2 B.1+3 C.3+ D.
例2.如图,在矩形中,,,点E为中点,P、Q为边上两个动点,且,则四边形周长的最小值为( )
A. B. C. D.
1.如图,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l1上有一动点A,直线上有一动点B,满足AB⊥,且PA+AB+BQ最小,此时PA+BQ= .
2.如图,在矩形中,,,E、F分别是的中点,点P、Q在上.且满足,则四边形周长的最小值为 .
3.如图所示,某条护城河在处直角转弯,河宽均为,从处到达处,须经过两座桥(桥宽不计,桥与河垂直),设护城河以及两座桥都是东西、南北方向的,如何选址造桥可使从处到处的路程最短?请确定两座桥的位置.
(1)如图①,如果点,点到外河岸的距离都是,请确定两座桥的位置,画出示意图.
(2)如图②,如果点,点到外河岸的距离分别是和,请确定两座桥的位置,画出示意图.
4.“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”.这里包含了一个有趣的数学问题,通常称之为“将军饮马”.
【问题描述】
如图,在直线上找一点使得最小?
【问题解决】
作点关于直线的对称点,连接,则,所以,当三点共线的时候,,此时为最小值(两点之间线段最短)
【应用模型】
(1)如图,在中,,,点在边上,且,点为的中点,点为边上的动点,当点在上移动时,求使四边形周长最小的点的坐标?
(2)如图,在平面直角坐标系中,矩形的顶点在原点,点在坐标轴上,点的坐标为,为的中点,点为边上两个动点,且,要使四边形的周长最小,求点的坐标?
(3)如图,矩形中,,,点分别在矩形各边上,且,,求四边形周长的最小值?
【拓展延伸】
如图,已知正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,定点的坐标为,为轴上的一个动点,为函数的图象上的两个动点,则的最小值为____________.
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专题10 最值模型之将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型
将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型是将军饮马的姊妹篇,它是在将军饮马的基础上加入了平移的思想,主要还是考查转化与化归等的数学思想。在各类考试中都以中高档题为主,本专题就将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型进行梳理及对应试题分析,方便掌握。
在解决将军遛马和将军过桥(造桥),不管是横向还是纵向的线段长度(定长),只要将线段按照长度方向平移即可,即可以跨越长度转化为标准的将军饮马模型,再依据同侧做对称点变异侧,异侧直接连线即可。利用数学的转化思想,将复杂模型变成基本模型就简单容易多了,从此将军遛马和将军过桥(造桥)再也不是问题!
模型1.将军遛马模型(两定两动) 1
模型2.将军造桥模型 18
模型1.将军遛马模型(两定两动)
【两定点在直线异侧】如图1-1所示,已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ的长度恒定不变,在直线上求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
如图1-2所示,过点A作AC∥m,截取AC=PQ,连接CB与直线m交于点Q,此时点Q即为所求,Q向左侧移动PQ的长度,此时P点即为所求
证明:∵AC∥m且AC=PQ,所以四边形ACQP是平行四边形,则AP=CQ,当C、Q、B三点在同一条直线上时,CQ+QB最短,因为PQ是一个定值,所以AP+PQ+QB=CQ+QB+PQ=CB+PQ;
(此时PA+PQ+QB最短)。
【两定点在直线同侧】如图1-3所示,已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ的长度恒定不变,在直线上求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
如图1-4所示,过点B作关于直线m的对称点B1,过点A作AC∥m,截取AC=PQ,连接CB1与直线m交于点Q,此时点Q即为所求,Q向左侧移动PQ的长度,此时P点即为所求;
证明:由对称的性质可知BQ=QB1,∵AC∥m且AC=PQ,所以四边形ACQP是平行四边形,则AP=CQ,当C、Q、B1三点在同一条直线上时,CQ+QB1最短,因为PQ是一个定值,所以AP+PQ+QB=CQ+QB1+PQ=CB1+PQ(此时PA+PQ+QB最短)。
例1.如图,矩形中,,,G是的中点,线段在边上左右滑动,若,则的最小值为( )
A.4 B.5 C. D.
【答案】C
【分析】作关于的对称点,在上截取,然后连接交于,在上截取,此时的值最小,结合平行四边形的判定和性质和勾股定理的运用解答即可.
【详解】解:如图,作关于的对称点,在上截取,然后连接交于,在上截取,此时的值最小,
∵四边形是矩形
∴、、
, ,
四边形是平行四边形,
,
∵关于的对称点是、为边的中点,
∴垂直平分
∴、
,
,,
,,
由勾股定理得:
即的最小值为.
故选C.
【点睛】本题考查了矩形的性质、平行四边形的判定和性质和勾股定理的运用,解决本题的关键是正确的作出辅助线.
例2.如图,在矩形ABCD中,AB=6,AD=8,点P是BC中点,点E、F是边CD上的任意两点,且EF=2,当四边形APEF的周长最小时,则DF的长为( )
A.2 B.4 C. D.
【答案】C
【分析】如图,作P关于CD的对称点M,在AB上截取AH=2,然后连接HM交CD于E,接着在CD上截取EF=2,那么E、F两点即可满足题目要求,利用相似三角形的性质即可求出CE的长,进一步得到DF的长.
【详解】如图,作P关于CD的对称点M,在AB上截取AH=2,然后连接HM交CD于E,接着在CD上截取EF=2,那么E、F两点即可满足使四边形APEF的周长最小.
∵在矩形ABCD中,AB=6,BC=8,点P是BC中点,∴CP=CM=4,MB=12,而AH=2,∴BH=4,
∵AB∥CD,∴△CEM∽△BHM,∴CE:BH=MC:MB,∴CE==,∴DF=CD﹣CE﹣EF=6﹣﹣2=.
故选C.
【点睛】本题分别考查了轴对称﹣最短路程问题、矩形及相似三角形的性质等知识,有一定的难度,要求学生平时加强训练.
1.(2024·陕西西安·模拟预测)如图,在正方形中,,是对角线上两点点靠近点,且,当的最小值为时,的长为 .
【答案】
【分析】本题考查了正方形的性质,平行四边形的性质与判定,线段和的最值问题,勾股定理;平移至,则,连接,得出四边形是平行四边形,则,,根据题意可得,在中,勾股定理求得,进而即可求解.
【详解】解:如图所示,平移至,则,连接,
∴四边形是平行四边形,∴,,∵,∴
∵在正方形中,,是对角线上两点
∴∴
在中,
∴故答案为:.
2.如图,正方形内接于,线段在对角线上运动,若的面积为,,则(1)的直径长为 ;(2)周长的最小值是 .
【答案】 4
【分析】本题考查了正多边形与圆,掌握圆的相关性质及正方形的相关性质、准确的辅助线及计算是本题的解题关键.
(1)利用圆的面积公式计算出半径即可求出直径;
(2)连接,,以、为边作,连接,证明出,,当、、共线时,最小,即为的最小值,利用勾股定理求出即可解答此问.
【详解】解:(1)的面积为,
,
的直径长为,
故答案为:;
(2)如图,连接,,以、为边作,连接,
四边形为正方形,
,,
四边为平行四边形,
,
,
,
当、、共线时,最小,即为的最小值,
在中,,,
,
,
,
周长的最小值为,
故答案为:4.
3.如图,在矩形中,点、分别是边、上的动点,,若,,则的最小值是 .
【答案】
【分析】本题考查了矩形的判定和性质、轴对称、勾股定理求最短路径问题,熟练掌握轴对称、矩形的性质作辅助线是解题的关键.连接,作点关于的对称点,连接,,根据轴对称的性质可得,,根据矩形的性质可得,,进一步可知四边形是矩形,根据矩形的性质可得,推出的最小值等于的最小值,即的长度,利用勾股定理求的长,即可确定的最小值.
【详解】解:如图,连接,作点关于的对称点,连接,,
∴,,
∵四边形是矩形,
∴,,
∴点、、在同一直线上,
∵,
∴四边形是平行四边形,
∵,
∴四边形是矩形,
∴,
∴,
∴的最小值等于的最小值,
∵两点之间线段最短,
∴的最小值等于的长度,
∵,,
∴,,
∴,
∴的最小值为,
故答案为:.
4.在矩形中,,,为边的中点.如图,若、为边上的两个动点,且,当四边形的周长最小时,则求的长为 .
【答案】/
【分析】如图,作G关于AB的对称点M,在CD上截取CH=4,然后连接HM交AB于E,接着在EB上截取EF=4,那么E、F两点即可满足题目要求,最后利用相似三角形的性质即可求出AF的长.
【详解】解:∵E为AB上的一个动点,
∴如图,作G关于AB的对称点M,在CD上截取CH=4,然后连接HM交AB于E,接着在EB上截取EF=4,
那么E、F两点即可满足使四边形CGEF的周长最小.
∵在矩形ABCD中,AB=6,BC=8,G为边AD的中点,
∴AG=AM=AD=BC=4,MD=12,而CH=4,
∴DH=CD-CH=AB-CH=2,
而AE∥CD,
∴△AEM∽△DHM,
∴AE:HD=MA:MD,
∴AE===,
∴AF=4+=.
故答案为:.
5.如图,菱形ABCD的边长为6,∠ABC=60°,点E、F在对角线BD上运动,且ED=OF,连接AE、AF,则△AEF周长的最小值是 .
【答案】
【分析】如图作AH∥BD,使得AH=EF=9,连接CH交BD于E,则AE+AF的值最小,进而得出△AEF周长的最小值即可.
【详解】解:∵菱形ABCD的边长为6,∠ABC=60°,
∴AC=6,AC⊥BD,BO=DO,
∴AO=AC=3,
∴BD==18,
∵ED=OF,
∴EF=OD=9,
如图作AH∥BD,使得AH=EF=9,连接CH交BD于E,则AE+AF的值最小,即△AEF的周长最小.
∵AH=EF,AH∥EF,
∴四边形FEHA是平行四边形,
∴FA=EH,
∵EA=EC,
∴AF+AE=EH+CE=CH,
∵菱形ABCD的边长为6,∠ABC=60°,
∴AC=AB=6,
∵四边形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD,
∵AH∥DB,
∴AC⊥AH,
∴∠CAH=90°,
在Rt△CAH中,CH==3,
∴AE+AF的最小值3,
∴△AEF的周长的最小值=3+9,
故答案为:3+9.
6.如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值为 .
【答案】
【分析】本题主要考查了坐标与图形的性质,平行四边形的判定与性质,轴对称最短路线问题.在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,作点关于直线的对称点,则,即、、三点共线时,最小值为的长.
【详解】解:如图,在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,
∵点,,
,,
,
作点关于直线的对称点,
,,
,即、、三点共线时,最小值为的长,
在中,由勾股定理得,
∴的最小值为,
故答案为:.
7.【问题提出】(1)如图1,点A、B在直线l的同侧,点A到直线l的距离,点B到直线l的距离,A、B两点的水平距离,点P是直线l上的一个动点,则的最小值是________;
【问题探究】(2)如图2,在矩形中,,,G是的中点,线段在边上左右滑动,若,求的最小值;
【问题解决】(3)如图3,某公园有一块形状为四边形的空地,管理人员规划修两条小路和(小路的宽度忽略不计,两条小路交于点P),并在和上分别选取点M、N,沿、和修建地下水管,为了节约成本,要使得线段、与之和最小.
已测出,,,,,管理人员的想法能否实现,若能,请求出的最小值,若不能,请说明理由.
【答案】(1)10;(2);(3)能实现,最小值为.
【分析】(1)作点A关于直线l的对称点,连接交直线l于P,则的值最小,且的最小值,根据矩形的性质得到,,根据勾股定理即可得到结论;
(2)如图,作G关于的对称点,在上截取,连接,,,则,根据平行四边形的性质得到,根据三角形的三边关系得到,根据勾股定理即可得到结论;
(3)作点P关于、的对称点E、F,连接,分别交、于点O、H,则,,连接,与、的交点即为点M、N的位置,连接,,此时,,的长就是的最小值,过点E作交的延长线于点G,根据勾股定理即可得到结论.
【详解】.解:(1)如图,作点A关于直线l的对称点,连接交直线l于P,则的值最小,且的最小值,过作于E,则,,
∴,
∴
即的最小值是10;
(2)如图,作G关于的对称点,在上截取,
连接,,,则,
,,
四边形是平行四边形,
,
,
,,G为的中点,
,,
由勾股定理得,
,即的最小值为:;
(3)管理人员的想法能实现,
作点P关于、的对称点E、F,连接,分别交、于点O、H, ,,连接,与、的交点即为点M、N的位置,连接,,此时,,的长就是的最小值,过点E作交的延长线于点G,
,,,,
,,
,,
,,
,
,,
,,,
,
,
,
,
.
在中,,
的最小值为.
8.问题背景
(1)如图(1),在公路的一侧有,两个工厂,,到公路的垂直距离分别为和,,之间的水平距离为.现需把厂的产品先运送到公路上然后再转送到厂,则最短路线的长是_____.
问题探究
(2)如图(2),和是腰长为2的两个全等的等腰直角三角形,,点,重合,点,重合,将沿直线平移,得到,连接,.试探究在平移过程中,是否存在最小值.若存在,求出这个最小值;若不存在,请说明理由.
问题解决
(3)如图(3),A,B分别是河岸m一侧的两个旅游景点,它们到河岸的垂直距离分别是和,,的水平距离是.游客在景点游览完后,乘坐大巴先到河岸上的码头甲处,改乘游轮沿河航行到达码头乙,再乘坐大巴到达景点.请问码头甲,乙建在何处才能使从到的旅游路线最短,并求出最短路线的长.
【答案】(1)(2)存在,最小值为(3)最短路线长为
【分析】(1)根据最短路径的作法,找出最短路径,再利用矩形的性质,求出和的距离,最后利用勾股定理即可求出最短路径;
(2)根据平移的性质可知四边形和均为平行四边形,再利用最短路径作法得出即为最短距离,最后根据等腰直角三角形的性质和勾股定理即可求出答案;
(3)根据题意画图可知四边形为平行四边形,最后根据勾股定理即可求出答案.
【详解】解:(1) 如图 (1), 点 是公路上的一点, 假设先把产品运送到点 处, 再转送到 厂, 作点 关于 的 对称点, 连接,, 连接 交于点,
则 ,
,
当点 与点 重合时, 取得最小值, 为 的长.
连接, 交于点, 过点 作 于点, 过点 作, 垂足为点,
则,
四边形 是矩形,
,,
又,
,
即最短路线的长是.
故答案为:.
(2) 存在.理由如下,
如图 (2), 过点 作直线, 作点 关于直线的对称点, 连接 ,,交直线于点, 过点 作交直线 于点, 连接,,, 则.
由平移知,
.
又 ,
四边形 是平行四边形,
,
由平移知,
又,
四边形 是平行四边形,
当点 与点重合时, 最小, 最小值为 的长.
过点 作 交 的延长线于点, 则 为等腰直角三角形.
,
,,
的最小值为.
故答案为:存在,最小值为.
(3) 如图 (3),设码头乙为点, 码头甲为点, 连接,,
过点 作, 且, 作点 关于 的对称点, 连接 交于点.
连接, 则.
是平行四边形,
,
点 ,N重合时,旅游路线最短.
过点 作直线, 过点 作 于点,
则 ,,,
,
.
故答案为:最短路线长为.
9.如图,抛物线与y轴交于点A,B是AO的中点.一个动点G从点B出发,先经过x轴上的点M,再经过抛物线对称轴上的点N,然后返回到点A.如果动点G走过的路程最短,请找出点M、N的位置,并求最短路程.
【答案】最短路程为10;(,0),(4,1).
【分析】如图,按照“台球两次碰壁”的模型,作点关于抛物线的对称轴对称的点,作点关于轴对称的点,连结与轴交于点,与抛物线的对称轴交于点.
在Rt△ACD中,AC=8,AD=6,所以CD=10,即点走过的最短路程为10.设直线CD的解析式为y=kx-2,把(8,4)代入解析式可定方程,根据交点的意义确定M(,0),N(4,1).
【详解】∵抛物线与y轴交于点A,B是AO的中点,
∴A(0,4),B(0,2),
如图,按照“台球两次碰壁”的模型,作点A关于抛物线的对称轴对称的点C,作点B关于x轴对称的点D,连结CD与x轴交于点M,与抛物线的对称轴交于点N.
设点C的坐标为(m,4),
根据题意,得,
解得m=8,
∴C(8,4),D(0,-2),
∴AC=8,AD=6,
∴在Rt△ACD中,
CD==10,
即点G走过的最短路程为10.
设直线CD的解析式为y=kx-2,把C(8,4)代入解析式,得
8k-2=4,
解得k=,
∴直线CD的解析式为y=x-2,
当y=0时,x=,
∴M(,0),
当x=4时,y=1,
∴N(4,1).
模型2.将军造桥模型
【单桥模型】如图2-1所示,将军在图中A点,现在要过河去B点的军营,桥必须垂直与河岸建设,所以桥建在何处使得路程最短?
如图2-2所示,过A点作AA1∥MN且AA1=MN,连接A1B即可;
证明:∵AA1∥MN且AA1=MN,∴四边形AA1NM是平行四边形,∴AM=A1N,要求AM+MN+NB最短,∵MN是一个固定值,所以只需要求AM+NB最短,即求A1N+NB最短,当A1、N、B三点在同一条直线上时A1N+NB最短(如图2-3所示)。
【双桥模型】如图2-4所示,将军在图中A点,现在要过两条河去B点的军营,桥必须垂直与河岸建设,所以桥建在何处使得路程最短?
如图2-5所示,作AA1∥PQ,且AA1=PQ,作BB1∥MN,且BB1=MN,连接A1B1,则AP+PQ+QM+MN+NB=PQ+A1B1+MN最短。
证明:∵AA1∥PQ且AA1=PQ,∴四边形AA1QP是平行四边形,AP=A1Q,BB1∥MN且BB1=MN,∴四边形B1BNM是平行四边形,BN=B1M,所走的路程总和为AP+PQ+QM+MN+NB=A1Q+QM+MB1=A1B1+PQ
+MN(A1、Q、M、B1四点共线时最短)
例1.已知,在河的两岸有A,B两个村庄,河宽为4千米,A、B两村庄的直线距离AB=10千米,A、B两村庄到河岸的距离分别为1千米、3千米,计划在河上修建一座桥MN垂直于两岸,M点为靠近A村庄的河岸上一点,则AM+BN的最小值为( )
A.2 B.1+3 C.3+ D.
【答案】A
【分析】作BB'垂直于河岸,使BB′等于河宽,连接AB′,与靠近A的河岸相交于M,作MN垂直于另一条河岸,则MN∥BB′且MN=BB′,于是MNBB′为平行四边形,故MB′=BN;根据“两点之间线段最短”,AB′最短,即AM+BN最短,此时AM+BN=AB′.
【详解】解:如图,作BB'垂直于河岸,使BB′等于河宽,连接AB′,与靠近A的河岸相交于M,作MN垂直于另一条河岸,
则MN∥BB′且MN=BB′,
于是MNBB′为平行四边形,故MB′=BN.
根据“两点之间线段最短”,AB′最短,即AM+BN最短.
∵AB=10千米,BC=1+3+4=8千米,
∴在RT△ABC中,,
在RT△AB′C中,B′C=1+3=4千米,
∴AB′=千米;
故选A.
【点睛】本题考查了轴对称—最短路径问题,要利用“两点之间线段最短”,但许多实际问题没这么简单,需要我们将一些线段进行转化,即用与它相等的线段替代,从而转化成两点之间线段最短的问题.目前,往往利用对称性、平行四边形的相关知识进行转化.
例2.如图,在矩形中,,,点E为中点,P、Q为边上两个动点,且,则四边形周长的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】本题考查了矩形的性质,轴对称-最短路线问题的应用,正确做出辅助线确定出P和Q点的位置是解答本题的关键.
要使四边形的周长最小,由于与都是定值,只需的值最小即可.为此,先在边上确定点的位置,可在上截取线段,作点关于的对称点,连接与交于一点即为点,过点作的平行线交于一点,即为点,则此时最小,即四边形的周长最小.
【详解】在上截取线段,作点关于的对称点,连接与交于一点即为点,过点作的平行线交于一点,即为点,过点作的平行线交的延长线于点. 则四边形是平行四边形,
∴,
∵为边的中点,
∴,
∴
∵,
∴,
∴四边形的周长的最小值
,
故选C.
1.如图,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l1上有一动点A,直线上有一动点B,满足AB⊥,且PA+AB+BQ最小,此时PA+BQ= .
【答案】16
【分析】作PE⊥于E交于F,在PF上截取PC=8,连接QC交于B,作BA⊥于A,此时PA+AB+BQ最短.作QD⊥PF于D.在Rt△PQD中,由勾股定理可求得DQ的长;易证四边形ABCP是平行四边形,由平行四边形的性质及勾股定理可求得结果.
【详解】作PE⊥于E交于F,在PF上截取PC=8,连接QC交于B,作BA⊥于A,此时PA+AB+BQ最短.作QD⊥PF于D.
在Rt△PQD中,∵∠D=,PQ=,PD=18,
∴DQ= =,
∵AB=PC=8,ABPC,
∴四边形ABCP是平行四边形,
∴PA=BC,
又CD=10,
∴PA+BQ=CB+BQ=QC= ==16.
故答案为:16.
2.如图,在矩形中,,,E、F分别是的中点,点P、Q在上.且满足,则四边形周长的最小值为 .
【答案】12
【分析】因为和是定长,所以要使四边形的周长最小,只要最小即可,在上截取,F是的中点,所以点B关于的对称点是C点,连接与交于点Q,则即为的最小值;
【详解】解:四边形周长,
,
∴四边形周长,
要使四边形的周长最小,只要最小即可,
在上截取,F是的中点,所以点B关于的对称点是C点,连接与交于点Q,则即为的最小值,
,
,
在中,由勾股定理得:
,
∴四边形周长.
故选:B.
3.如图所示,某条护城河在处直角转弯,河宽均为,从处到达处,须经过两座桥(桥宽不计,桥与河垂直),设护城河以及两座桥都是东西、南北方向的,如何选址造桥可使从处到处的路程最短?请确定两座桥的位置.
(1)如图①,如果点,点到外河岸的距离都是,请确定两座桥的位置,画出示意图.
(2)如图②,如果点,点到外河岸的距离分别是和,请确定两座桥的位置,画出示意图.
【答案】(1)见解析(2)见解析
【分析】本题考查了最短路径问题,由于有固定的长度的线段,常用的方法通过平移,构造平行四边形,将问题转化为平行四边形的问题解答.
(1)过点作垂直于河岸,等于河宽;过点作垂直于河岸,连接,分别与河岸相交于点,,接下来再过作河岸的垂线,即可找到两座桥的位置.
(2)过点作垂直于河岸,等于河宽;过点作垂直于河岸,等于河宽;连接,分别与河岸相交于点,,接下来再过作河岸的垂线,即可找到两座桥的位置.
【详解】(1)解:如图所示,即为两座桥的位置.
(2)解:如图所示,即为两座桥的位置.
4.“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”.这里包含了一个有趣的数学问题,通常称之为“将军饮马”.
【问题描述】
如图,在直线上找一点使得最小?
【问题解决】
作点关于直线的对称点,连接,则,所以,当三点共线的时候,,此时为最小值(两点之间线段最短)
【应用模型】
(1)如图,在中,,,点在边上,且,点为的中点,点为边上的动点,当点在上移动时,求使四边形周长最小的点的坐标?
(2)如图,在平面直角坐标系中,矩形的顶点在原点,点在坐标轴上,点的坐标为,为的中点,点为边上两个动点,且,要使四边形的周长最小,求点的坐标?
(3)如图,矩形中,,,点分别在矩形各边上,且,,求四边形周长的最小值?
【拓展延伸】
如图,已知正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,定点的坐标为,为轴上的一个动点,为函数的图象上的两个动点,则的最小值为____________.
【答案】() ;() ;() ;【拓展延伸】:.
【分析】()作关于直线的对称点,连接交于,则此时四边形周长最小,,求出直线的解析式为,联立求解即可;
()点向右平移个单位到,点关于的对称点, 连接, 交于,此时最小,要使四边形的周长最小,只要最小即可,即,过作于,设,则,利用相似三角形的判定与性质即可求解;
()作点关于的对称点, 连接交于点,此时四边形周长取最小值,过点作于点,由勾股定理和两点之间线段最短即可求解;
【拓展延伸】:直线轴关于直线对称,直线、直线关于轴对称, 点是点关于直线的对称点,作垂足为,交轴于点交直线于,作直线垂足为,由勾股定理即可求解.
【详解】()∵在中,,,
∴,,
∵,点为的中点,
∴,,
∴,,
作关于直线的对称点,连接交于,则此时四边形周长最小,,
∵直线经过点,
∴直线的解析式为,
设直线的解析式为,
∴,解得,
∴直线的解析式为;
联立,解得,
∴;
()解:点向右平移个单位到,点关于的对称点, 连接, 交于,此时最小,
∴,,,
∴要使四边形的周长最小,只要最小即可,即,过作于,
设,则,
∵,
∴,
∵,,,,
∴,解得:,
∴,
故点的坐标为:,
故答案为:;
()作点关于的对称点, 连接交于点,此时四边形周长取最小值,过点作于点,如图,
∵,,
∴,
∵,
∴,
∴四边形的周长为;
【拓展延伸】:如图所示,
直线轴关于直线对称,直线、直线关于轴对称, 点是点关于直线的对称点,作垂足为,交轴于点交直线于,作直线垂足为,
∵,,
∴最小(垂线段最短),
∵正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,
∴,
在中,,,,
∴,
∴,
∴的最小值为,
故答案为:.
【点睛】本题考查了轴对称——最短问题,垂线段最短,两点之间线段最短,直角三角形度角的性质,勾股定理,相似三角形的判定与性质,矩形的性质,一次函数的性质,熟练掌握知识点的应用是解题的关键.
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