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如何联想到“牧民饮马”问题?

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如何联想到“牧民饮马”问题?


人教版数学八年级上册综合与实践《最短路径问题》是经典的最值问题,教材中明确给出了研究方法,即利用“两点之间,线段最短”,“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短”等,对线段和的最小值问题进行探究.

这节课的活动目标是:会用数学的眼光发现生活中的最短路径问题;会用数学知识、思想、方法描述最短路径问题,把最短路径问题转化为数学问题;会通过逻辑推理解决数学问题;会用数学问题的结果解释最短路径问题,获得最短路径问题的答案.

在这个问题解决之后,我们可帮助学生归纳方法,形成解题模型,模型特征非常明显,直线同侧有两定点,直线上有一动点,分别连接定点与动点,所得线段和最短.


当我们在面对这类问题的时候,需要将新问题转化成已经解决的问题,这是解题模型的正确打开方式.

题目

在等腰△ABC中,AB=AC,∠BAC=α,将△ABC绕点A逆时针方向旋转,得到△ADE(点B的对应点为点D,点C的对应点为点E).

(1)如图1,连接BD,CE,求证:BD=CE;

(2)如图2,若AB=AC=6,α=60°,△ABC绕点A逆时针方向旋转0°至360°得到△ADE的过程中,当DE⊥BC时,连接BE,CE,求△BCE的面积;

(3)如图3,若AB=AC=6,α=60°,当AD与AC重合时,再将△ADE沿直线AC平移,得到△AD'E',连接BE',BD',求△BD'E'周长的最小值.


解析:

01

(1)由旋转可证△ABD≌△ACE,如下图:


所以得到BD=CE;

02

(2)由旋转仍然可得△ABD≌△ACE,再延长BC、ED相交于点F,连接BD,如下图:


△ABC与△ADE的对应边BC⊥DE,则可知旋转角为90°,因此可得等腰Rt△ABD,求得BD=6√2,由△ABD≌△ACE得BD=CE,可再证△BDF≌△ECF,所以BF=EF,得到DF=CF,不妨设DF=CF=x,在Rt△BDF中由勾股定理得x²+(x+6)²=(6√2)²,解得x=-3+3√3,所以EF=6+(-3+3√3)=3+3√3,它是△BCE的高,因此可求出面积为9+9√3;

第二种情况类似,如下图:


同理可得EF=-3+3√3,则△BCE的面积为-9+9√3.

03

(3)理解△BD'E'周长的最小值是关键,从图中可知,这个三角形有一条边长是固定的,即D'E'=6,另两边长度未知,所以求△BD'E'周长的最小值,等同于求BD'+BE'的最小值,如下图:


转化成求两条线段和的最小值问题了,此时应该明确需要使用的模型为“牧民饮马”;

从教材上的活动,我们需要明白这一类问题中,构成线段和的这两张线段,分别有一个端点是固定的,另一个端点重合,且在某条直线上运动,显然上图中的线段并不符合,因此需要进一步转化,不妨连接AE',如下图:


由平移可知,AE'=BD',且点E'在直线EE'上,我们再来看AE'+BE',完美条例模型使用条件了,接下来我们将点A或点B之一关于直线EE'轴对称,如下图:


可知四边形ABCE为菱形,因此将其对角线BE加倍延长即可得到对称点B',再连接AB',它与直线EE'的交点G,即为使线段和最小的E'位置,此时AB'=AE'+BE',我们可以在Rt△AOB'中利用勾股定理来求,BE=6√3=BE',所以OB'=9√3,OA=3,得到AB'=6√7,即△BD'E'周长的最小值是6+6√7.

解题思考

上述思路也是较简单的“套用模型”方法,对于解题模型,我们需要理解它的架构,它为什么会成为模型,是因为教材上给出的是最基本的定理、公式、方法,我们若将它们看作“原材料”,那么各类解题模型则是“加工料”,属于半成品,它们有好用的一面,例如学生面对的题目恰好可以用模型“组装”起来,那便如鱼得水、势如破竹,但在模型学习过程中,只会“组装”是不行的,我们需要理解模型生成的原理,即理解为什么要用模型,这就要求我们在课堂上,除了教会学生用,更要教会学生为什么用。

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