唐诗《古从军行》开头两句说:“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河.”诗中隐含着一个有趣的数学问题。
诗中将军在观望烽火之后从山脚下的 A点出发,走到河边饮马后,再到 B点宿营.请问怎样走才能使总的路程最短?
这个数学问题早在古罗马时代就有了,传说亚历山大城有一位精通数学和物理的学者,名叫海伦.一天,一位罗马将军专程去拜访他,向他请教一个百思不得其解的问题:
将军每天从军营 A出发,先到河边饮马,然后再去河岸同侧的 B地开会,应该怎样走才能使路程最短?
从此,这个被称为“将军饮马”的问题广泛流传.
这个问题的解决并不难,据说海伦略加思索就解决了它.
从 A出发向河岸引垂线,垂足为 D,在 AD的延长线上,取 A关于河岸的对称点 A 39;,连结 A 39; B,与河岸线相交于 C,则 C点就是饮马的地方,将军只要从 A出发,沿直线走到 C,饮马之后,再由 C沿直线走到 B,所走的路程就是最短的.
如果将军在河边的另外任一点 C 39;饮马,所走的路程就是 AC 39;+ C 39; B,但是, AC 39;+ C 39; B= A 39; C 39;+ C 39; B> A 39; B= A 39; C+ CB= AC+ CB.
可见,在 C点外任何一点 C 39;饮马,所走的路程都要远一些.
典型例题
例 1、( 2009年荆门)如图、一次函数 y= kx+ b的图象与 x、 y轴分别交于点 A( 2, 0), B( 0, 4).
( 1)求该函数的解析式;
( 2) O为坐标原点,设 OA、 AB的中点分别为 C、 D, P为 OB上一动点,求 PC+ PD的最小值,并求取得最小值时 P点的坐标.
分析:( 1)将点 A、 B的坐标代入 y= kx+ b并计算得 k= -2, b= 4.求出解析式为: y= -2 x+ 4;
( 2)设点 C关于点 O的对称点为 C′,连接 C′ D交 OB于 P,则 PC= PC′, PC+ PD= PC′+ PD= C′ D,即 PC+ PD的最小值是 C′ D.连接 CD,在 Rt△ DCC′中,由勾股定理求得 C′ D的值,由 OP是△ C′ CD的中位线而求得点 P的坐标.
解:( 1)将点 A、 B的坐标代入 y= kx+ b得:
0= 2 k+ b, 4= b,
∴ k= -2, b= 4,
∴解析式为: y= -2 x+ 4;
( 2)设点 C关于点 O的对称点为 C′,连接 C′ D交 OB于 P′,连接 P′ C,则 PC= PC′,
∴ PC+ PD= PC′+ PD= C′ D,即 PC+ PD的最小值是 C′ D.
连接 CD,在 Rt△ DCC′中, C′ D=,即 PC′+ PD的最小值为
∵ OA、 AB的中点分别为 C、 D,
∴ CD是△ OBA的中位线,
∴ OP∥ CD, CD== 2
∵ C′ O= OC,
∴ OP是△ C′ CD的中位线,
∴ OP= 1
∴点 P的坐标为( 0, 1).
自我测评:
有一圆柱形玻璃杯,高 12厘米,底面周长 18厘米,在杯内壁离杯口 3厘米 A处有一滴蜜糖,一条小虫从桌上爬至杯子外壁,当它正好爬至蜜糖相对方向,离桌面 3厘米的 B处时,突然发现了蜜糖。问至少要爬多少路才能到达蜜糖所在位置?
答案: