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“两点之间,线段最短”的建模应用浅探

时间:2014-01-11 14:32 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:王文强 点击次数:

  根据《课标》编写的苏科版数学教材设计了一些“数学建模”活动,我们要充分开展和利用这些活动,并以此来调动学生学习数学的积极性,激发他们学习数学的热情。关于“两点之间,线段最短”的建模应用,很多老师、专家学者都写了大量的文章来论述。笔者不揣固陋,也想谈谈“两点之间,线段最短”的建模应用,请初中数学教学同行和专家学者不吝赐教。
  关于“两点之间线段最短”的定律在历史上有一个故事。古希腊有一位将军问学者海伦:“从A地出发到河边饮马,然后再回到B地,怎样走路线最短?”海伦直截了当地回答:“两点之间,线段最短。”这就是数学上著名的“将军饮马问题”。但是,在将军问的问题中,马走的是一条折线。将军该如何指挥他的千军万马先到河边饮水,然后再走到B点而所走的路程最短,从而为他最大限度地节省时间而赢得战斗的胜利呢?如下图所示:
  我们知道,在河边MN饮马的地点可以有很多处,我们在河边MN任选两个点,然后把这两个点与A、B分别连接起来,这样就构成了两条线段,这两条线段之和就是从A地到饮马地点,再回到B地的路程之和。
  但是,问题的关键不在这里,而是如何确定使两条线段长度之和为最短的那个点。如图,我们可以尝试在图上过B点作河边MN的垂线,垂足为C,延长BC到B’,B’是B地关于河边MN的对称点;再连结AB’,交河边MN于P,那么P点就是将军所要求的饮马地点,即在P点饮马所走的路程最短。
  为什么在P点饮马所走的路程最短呢?如图,因为BP=B’P,AP与BP的长度之和就是AP与PB’的长度之和,即是AB’的长度;而选择河边MN的任何其他点,如D,路程AD+DB=AD+DB’,由于A、B’两点的连线中,线段AB’是最短的(两点之间,线段最短),所以选择P点饮马路程要短于选择D点的路程。
  “将军饮马问题”反映了数学中的对称性问题,据此我们可以总结出这样的规律:定直线L两旁有两个定点AB,在直线L上存在动点P,若要使得PA+PB的值最小,可作定点A关于直线L的对称点A’,连接AB’,则AB’与直线L的交点即为P,且PA+PB的最小值为AB’。我们可以应用上述规律来建模。
  一、在几何图形中的直接建模
  例1(2010年鄂州中考题):如图所示,四边形OABC为正方形,边长为6,点A、C分别在x轴、y轴的正半轴上,点D在OA上,且D点的坐标为(2,0),P是OB上的一个动点,则PA+PD的最小值是多少?
  解析:寻找模型:A、D是定点,动点P在定直线OB上。所以作点A关于直线OB的对称点,由正方形的对称性可得,A关于直线OB的对称点为点C,连接CD可得CD=√(OC2+OD2 )=√(62+22 )=2√10,即PA+PD的最小值是2√10。
  二、在几何图形中的延伸建模
  例2(2009年陕西中考题):如图,在锐角△ABC中,AB=4√2,∠BAC=450,∠BAC的平分线交BC于点D,M、N分别是AD和AB上的动点,求BM+MN的最小值。

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