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将军饮马是几何中比较基础,也是比较重要的模型。这个问题源于古代将军需要找到从营地到河边饮马再返回的最短路径。核心思想是通过对称变换,将折线路径问题转化为直线路径问题。今天我们将学习将军饮马的四种常见题型,掌握这一重要的几何优化方法。
我们先来看第一个模型,两点一线。A、B两点是直线上方的点,P为直线上的动点。问在什么情况下,AP加PB有最小值。这是将军饮马的最基础题型,策略就是做出B点关于直线的对称点B',连接AB',那么PB'的长度就等于PB的长度。所以AP加PB就可以转化为AP加PB'。此时当A、P、B'三点共线时,直线距离最短,问题解决。
接着我们来看第二个模型,一点两线。有两条相交的直线,M、N分别为两条直线上的动点。P点在两条直线之间,问三角形PMN的周长最小值。经过第一个题型的理解,我们应该第一时间想到去做转化。我们分别对两条直线做出P点的对称点P₁和P₂,然后连接MP₁和NP₂,这个时候你就会发现PM的长度就与MP₁的长度相等,PN的长度就与NP₂的长度相等,所以原来的周长就可以转化为P₁M加MN加NP₂。很显然,当P₁、M、N、P₂四点共线时,直线距离最短,搞定。
将军饮马是几何中比较基础,也是比较重要的模型。我们先来看第一个模型:两点一线。A、B两点在直线上方,P为直线上的动点,问在什么情况下AP加PB有最小值?这是将军饮马的最基础题型,策略就是做出B点关于直线的对称点B',连接AB',那么PB'的长度就等于PB的长度。所以PA加PB就可以转化为PA加PB'。此时三点共线,直线最短,搞定。
接着我们来看第二个模型:一点两线。有两条相交的直线,M、N分别为两条直线上的动点,P点在两条直线之间,问三角形PMN的周长最小值。经过第一个题型的理解,我们应该第一时间想到去做转化。我们分别对两条直线做出P点的对称点P1和P2,然后连接P1P2,这个时候你就会发现MP的长度就与MP1的长度相等,NP的长度就与NP2的长度相等。所以原来的周长就可以转化为MP1加MN加NP2。很显然,当P1、M、N、P2四点共线时,直线距离最短,搞定。
接着我们再看一下第三个题型:垂线段最短。有两条相交的射线OM和ON,A点在两条射线内,P、Q两点分别是OM和ON上的动点,问PA加PQ的最小值。这个又该怎么办呢?还是老方法,寻找替换就可以了。作A点关于ON的对称点A',连接PA',这个时候PA'就和PA相等。当A'、P、Q三点共线且垂直ON的时候,PA加PQ才会最小。
我们再来看一下最后一个模型:定长问题。有两条平行线,A、B两点分别位于平行线的上下两侧,M、N分别为平行线上的动点且MN垂直于平行线,问什么情况下AM加MN加NB的值最小。经过前面三个题型的讲解,你应该很清楚所谓的将军饮马,就是寻找怎么样替换。我们过A点作MN的平行线AA1,且AA1的长度与MN相等,这样我们就会得到一个平行四边形,平行四边形的对边当然是相等的。所以AM加MN加NB就可以转化为AA1加A1N加NB的长度。MN就是AA1,它们是平行线的垂直距离,为固定长度。所以只有A1、M、B三点共线,就是我们需要的答案。
通过以上四种题型的学习,我们可以总结出将军饮马问题的核心思想:化折为直。无论是两点一线的对称变换,一点两线的双重对称,垂线段最短的对称加垂直,还是定长问题的平移变换,都是通过几何变换将复杂的折线路径问题转化为简单的直线距离问题。掌握了这个核心思想,我们就能灵活应对各种将军饮马类型的几何优化问题。这就是将军饮马模型的精髓所在。