摘要:话说:在古希腊,有一位将军,他每天都要放哨,放哨后再去河边饮马,然后再回到军营。
这篇我们说对称
01
将军饮马
在初中数学里,有一个被广泛传播的模型:将军饮马。
何为将军饮马?这里有个故事。
话说:在古希腊,有一位将军,他每天都要放哨,放哨后再去河边饮马,然后再回到军营。
每天的路程都是三点两线,为了省事,他提了一个好问题:怎样才能让我每天走的路程最短?
带着这个问题,他请教了当时的数学家海伦——你看,这个将军是个明白人,他知道到何处找答案。
海伦(就是海伦公式的海伦)发动自己的超级大脑,通过反射原理解决了这个问题。
那么,咱就展开说说反射原理。
看下图,A是放哨的地点,B点是军营,也就是说A、B都是固定的,不能改动。
那么要使路线最短,我们必须在xy这条河上找一个点饮马,让总路程最短。
这个点找在什么位置呢?
我们知道两点之间直线最短,很容易想到点APB在一条直线上,路径就最短。
我们就假设A发出了一束光,到达河面反射到了B,穿过河面就到了B'.
此时,反射点为P,PB=PB',APB'在一条直线上,AB'的连线交河xy于点P。
在P点饮马,总路线路线就最短。
这就是利用了反射原理——那时候这么叫,现在我们的课本上叫“对称”。
B和B'是关于河xy对称的。连接AB',交河xy于点P。根据对称的性质,PB=PB'。那么P点就是我们要寻找的点。
02
对称思维
将军饮马衍生出很多模型。
什么两定一动、两动一定、两动两定、平移、架桥、线段差等等。
这么多模型,其实学生很难分辨:
看到题目,我怎么对应模型?题目多变,我对应正确了吗?我迷糊了,算了这题不做了。这就是记技巧的后果。
技巧很多,是记不完的,我们掌握的是思维方式。
掌握思维方式是以不变应万变。或者在掌握思维的基础上,你再去琢磨一些技巧,才能【打准】。将军饮马其实是对称思维的衍生品。
没错,对称是一种思维,它更重要。
我们要深刻理解它、运用它——这之后,其实你不需要记模型。
我们来试试看。
上面这2道题,求两个线段相加的最小值。
路数都一样。
直觉上,三点一线最短;想办法把这三点弄到一条直线上;找到一个点的对称点,利用对称等价代换一条直线;然后连接初始点和对称点,我们就找到目标线段了。这里的根本是:你利用对称,把另外一条线段做了等价代换。
无论什么模型,抓住这一点。
03
举例
看下面这种,所谓的“两动一定”型。
别管它怎么动,怎么定,就看题目让你求什么。
求三角形周长最小值。
直觉上,还是把三条边放一条直线上周长最短;利用对称,把其他两个边做等价代换。对称点,就找定点的对称点(直觉),动来动去找对称太麻烦。这么一做,关系出来,问题也就迎刃而解了。
再看所谓的平移。
下面这一题,MN长度是固定的,A点为固定点。
我们还是用对称思维。
周长最小,也就是MN➕A N➕AM最小,MN已知,等价于AN➕A M最小。
直觉上还是要让这些点在一条线上。我们先把AM等价代换,作A的对称点A',连接A'M。为了让它们共线,我们得让N跟M接在一起。于是我们把AN平移过去到M点,形成平行四边形。这样DM就等价于AN了。连接A'D,交BC于M点,DM=AN,A'M=AM,A'D即为所求。这里需要等价两条线段,本质上还是利用对称,只不过多了一个平移——用平移来等价另一条线段。
来看看两定两动。
这种通常在四边形中。如下图。
B点和D点是固定的,F点和E点是运动的。
求四边形BDEF周长的最小值.
BD和EF都是固定的,也就等价于求BF+DE的最小值。
其实跟上一个平行的一样。
我们先做D点关于x轴的对称点D'。
连接D'A延长交BC于B'.
根据平行的性质,BF=B'A,线段B'D'即为所求线段。
你看,还是利用对称找等价线段,另外一条用平行来等价——为什么用平行?
因为平行可以平移;平移就意味着移动;移动了就能够把点移到一条直线上。我记不住模型,但是我知道对称是如何使用的。
所以,就以不变应万变。
下面再看看难一些,所谓的搭桥,其实都是大差小不差。
如果你单记模型,很容易搞混的。
但你记住一些底层的规则和思想,就更容易应变。
首先,在一条线上最短,想办法把AC和BD弄一条线上——平移。其次,平移后找A'的对称点A'',把AC=A'D等价为A''D.最后,A''B就是所求。还是我们上面说的那些。
利用对称,利用三点一线这些更底层的知识来解决问题。
如果你还不死心,我们再看看,更难的【线段相减】问题如何用对称解决。
如下图,无论是点AB在直线同侧还是异侧,绝对值最小,就两个点,作这两个点连线的垂直平分线,交直线于一点,这点就是所求点。
PA=PB了都,相减等于0,你说小不小。
PA-PB的值最大,无论同侧还是异侧,我们假设直线上有一点P,跟AB构成了三角形。
那么PA-PB,就是两边之差,两边之差小于第三边。
要使PA-PB的值最大,那就是两边之差等于第三边,最大。
这时候还要把它们三点弄到一条直线上。如果A和B在同侧,连接AB并延长,延长线与直线的交点,就是我们要找的直线上的P点。如果A和B在异侧,我们就要利用对称,把B弄到A的那一侧去,然后再连接AB'。你看,还是这么回事——三点一线+对称。
到这里,我们总结一下:
我带你看了将军饮马的诸多模型,其实到底如何对应,我也不知道。遇到题目我根本分不清。
但我知道更本质的东西——对称。
利用对称等价一些边,让参与的点在一条直线上,抓住这个原则,以不变应万变。
最后:不要沉迷于技巧,找到现象背后的东西。
技巧太多了,记不完。
掌握思维,到高中类似的题目还是这样解决。
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来源:宝妈丽丽在修行一点号