专题25 最值模型之将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型(解析版).docx
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1、专题25 最值模型之将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型是将军饮马的姊妹篇,它是在将军饮马的基础上加入了平移的思想,主要还是考查转化与化归等的数学思想。在各类考试中都以中高档题为主,本专题就将军遛马模型和将军过桥(造桥)模型进行梳理及对应试题分析,方便掌握。在解决将军遛马和将军过桥(造桥),不管是横向还是纵向的线段长度(定长),只要将线段按照长度方向平移即可,即可以跨越长度转化为标准的将军饮马模型,再依据同侧做对称点变异侧,异侧直接连线即可。利用数学的转化思想,将复杂模型变成基本模型就简单容易多了,从此将军遛马和将军过桥(造桥)再也不是问题!模型1.将军遛马模型
2、【核心思路】去除定量,组合变量(通过几何变换将若干段原本彼此分类的线段组合到一起)。【模型解读】已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ间长度恒定,在直线m上要求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。(原理用平移知识解)(1)点A、B在直线m两侧: (2)点A、B在直线m同侧: 图1 图2(1)如图1,过A点作ACm,且AC长等于PQ长,连接BC,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。(2)如图2,过A点作AEm,且AE长等于PQ长,作B关于m的对称点B,连接BE,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。【
3、最值原理】两点之间线段最短。例1(2023黑龙江九年级校考期中)问题背景(1)如图(1),在公路的一侧有,两个工厂,到公路的垂直距离分别为和,之间的水平距离为现需把厂的产品先运送到公路上然后再转送到厂,则最短路线的长是_问题探究(2)如图(2),和是腰长为2的两个全等的等腰直角三角形,点,重合,点,重合,将沿直线平移,得到,连接,试探究在平移过程中,是否存在最小值若存在,求出这个最小值;若不存在,请说明理由问题解决(3)如图(3),A,B分别是河岸m一侧的两个旅游景点,它们到河岸的垂直距离分别是和,的水平距离是游客在景点游览完后,乘坐大巴先到河岸上的码头甲处,改乘游轮沿河航行到达码头乙,再乘坐
4、大巴到达景点请问码头甲,乙建在何处才能使从到的旅游路线最短,并求出最短路线的长【答案】(1)(2)存在,最小值为(3)最短路线长为【分析】(1)根据最短路径的作法,找出最短路径,再利用矩形的性质,求出和的距离,最后利用勾股定理即可求出最短路径;(2)根据平移的性质可知四边形和均为平行四边形,再利用最短路径作法得出即为最短距离,最后根据等腰直角三角形的性质和勾股定理即可求出答案;(3)根据题意画图可知四边形为平行四边形,最后根据勾股定理即可求出答案【详解】解:(1) 如图 (1), 点 是公路上的一点, 假设先把产品运送到点 处, 再转送到 厂, 作点 关于 的 对称点, 连接, 连接 交于点,
5、则 , 当点 与点 重合时, 取得最小值, 为 的长连接, 交于点, 过点 作 于点, 过点 作, 垂足为点,则,四边形 是矩形,又,即最短路线的长是故答案为:(2) 存在理由如下,如图 (2), 过点 作直线, 作点 关于直线的对称点, 连接 ,交直线于点, 过点 作交直线 于点, 连接, 则由平移知,又 ,四边形 是平行四边形,由平移知,又,四边形 是平行四边形,当点 与点重合时, 最小, 最小值为 的长过点 作 交 的延长线于点, 则 为等腰直角三角形,的最小值为故答案为:存在,最小值为(3) 如图 (3),设码头乙为点, 码头甲为点, 连接, 过点 作, 且, 作点 关于 的对称点,
6、连接 交于点连接, 则是平行四边形, , 点 ,N重合时,旅游路线最短过点 作直线, 过点 作 于点,则 ,故答案为:最短路线长为【点睛】本题考查了轴对称在最短路径问题中的应用,涉及到的知识点有矩形的性质、平行四边形的性质、等腰直角三角形的性质、勾股定理,解题的关键在于如何利用轴对称找到最短路径例2(2022四川内江统考中考真题)如图,矩形ABCD中,AB6,AD4,点E、F分别是AB、DC上的动点,EFBC,则AF+CE的最小值是 _【答案】10【分析】延长BC到G,使CGEF,连接FG,证明四边形EFGC是平行四边形,得出CEFG,得出当点A、F、G三点共线时,AF+CE的值最小,根据勾股
7、定理求出AG即可【详解】解:延长BC到G,使CGEF,连接FG,EFCG,四边形EFGC是平行四边形,CEFG,AF+CEAF+FG,当点A、F、G三点共线时,AF+CE的值最小为AG,由勾股定理得,AG10,AF+CE的最小值为10,故答案为:10【点睛】本题主要考查了勾股定理,平行四边形的判定和性质,根据题意作出辅助线,得出当A、F、G三点共线时,AF+CE的值最小,是解题的关键例3(2022四川自贡中考真题)如图,矩形中,是的中点,线段在边上左右滑动;若,则的最小值为_【答案】【分析】如图,作G关于AB的对称点G,在CD上截取CH=1,然后连接HG交AB于E,在EB上截取EF=1,此时G
8、E+CF的值最小,可得四边形EFCH是平行四边形,从而得到GH=EG+EH=EG+CF,再由勾股定理求出HG的长,即可求解【详解】解:如图,作G关于AB的对称点G,在CD上截取CH=1,然后连接HG交AB于E,在EB上截取EF=1,此时GE+CF的值最小, GE=GE,AG=AG,四边形ABCD是矩形,ABCD,AD=BC=2CHEF,CH=EF=1, 四边形EFCH是平行四边形,EH=CF,GH=EG+EH=EG+CF,AB=4,BC=AD=2,G为边AD的中点,AG=AG=1 DG=AD+AG=2+1=3,DH=4-1=3,即的最小值为故答案为:【点睛】此题主要考查了利用轴对称求最短路径问
9、题,矩形的性质,勾股定理等知识,确定GE+CF最小时E,F位置是解题关键例4(2023上江苏盐城九年级校联考阶段练习)如图,正方形内接于O,线段在对角线上运动,若O的周长为,则周长的最小值是 【答案】/【分析】过点作,令;可推出四边形为平行四边形,有;根据可知当时,周长有最小值.【详解】解:过点作,令O的周长为,O的半径为且四边形为平行四边形 由正方形的对称性可得:故:当时,周长有最小值此时:周长的最小值是故答案为:【点睛】本题考查了正方形的性质、平行四边形的判定与性质等推出当时,周长有最小值是解题关键例5(2023秋河南南阳九年级校联考期末)如图,在边长为的正方形中将沿射线平移,得到,连接、
10、求的最小值为_【答案】【分析】将ABC沿射线CA平移到ABC的位置,连接CE、AE、DE,证出四边形ABGE和四边形EGCD均为平行四边形,根据平行四边形的性质和平移图形的性质,可得CE=CE,CG=DE,可得EC+GC=CE+ED,当点C、E、D在同一直线时,CE+ED最小,由勾股定理求出CD的值即为EC+GC的最小值【详解】如图,将ABC沿射线CA平移到ABC的位置,连接CE、AE、DE,ABGEDC且AB=GE=DC,四边形ABGE和四边形EGCD均为平行四边形,AEBG,CG=DE,AECC,由作图易得,点C与点C关于AE对称,CE=CE,又CG=DE,EC+GC=CE+ED,当点C、
11、E、D在同一直线时,CE+ED最小,此时,在RtCDE中,CB=4,BD=4+4=8, CD=,即EC+GC的最小值为,故答案为:【点睛】本题考查正方形的性质、图形的对称性、线段最短和平行四边形的性质与判定,解题的关键是将两条线段的和转化为同一条线段求解例6(2023贵州黔东南统考一模)如图,在菱形中,对角线,的长分别为,将沿射线的方向平移得到,分别连接,则的最小值为_【答案】【分析】连接与交于点,延长到,使得,连接,证明,得,当点、三点共线时,的值最小,由勾股定理求得便可【详解】解:如图所示,连接与交于点,延长到,使得,连接,四边形是菱形,由平移性质知,当点、三点共线时,的值最小,的最小值为
12、:,故答案为:【点睛】本题考查了菱形的性质,平移的性质,勾股定理,熟练掌握菱形的性质是解题的关键模型2.将军过桥(造桥)模型【核心思路】去除定量,组合变量(通过几何变换将若干段原本彼此分类的线段组合到一起)。【模型解读】【单桥模型】已知,如图1将军在图中点A处,现要过河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短?考虑MN长度恒定,只要求AM+NB最小值即可问题在于AM、NB彼此分离,所以首先通过平移,使AM与NB连在一起,将AM向下平移使得M、N重合,此时A点落在A位置(图2 )问题化为求AN+NB最小值,显然,当共线时,值最小,并得出桥应建的位置(图3) 图1 图2 图
13、3 【双桥模型】已知,如图4,将军在图中点A处,现要过两条河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短? 图4 图5 图6考虑PQ、MN均为定值,所以路程最短等价于AP+QM+NB最小,对于这彼此分离的三段,可以通过平移使其连接到一起AP平移至AQ,NB平移至MB,化AP+QM+NB为AQ+QM+MB(如图5)当A、Q、M、B共线时,AQ+QM+MB取到最小值,再依次确定P、N位置(如图6)【最值原理】两点之间线段最短。例1(2023.浙江八年级期中)同学们已经学过一些平行线的性质,其实平行线的性质还有一些:(1)如图1,如果,在a上任取一点P,作PQb于点Q,则线段PQ
14、的长度叫a,b之间的距离.如果在a上再取一点M,作MNb于点N,则线段MN可以看成由线段PQ平移得到,即MN=PQ,这就得到平行线的又一条性质:平行线间的距离处处相等根据平移还有哪些线段相等 .(2)刚在(1)中提到的平行线性质在河上建桥也有广泛的应用:如图2,直线a,b表示一条河的两岸,且. 现在要在这条河上建一座桥使村庄A经桥过河到村庄B现在由小明、小红两位同学设计:小明:作ADa,交a于点D,交b于点C 在CD处建桥. 路径是A-C-D-B小红:作ADa,交a,b于点D,点C;把CD平移至BE,连AE,交b于G,作GFa于F. 在FG处建桥路径是A-G-F-B问:小明、小红谁设计的路径长
15、较短?再用平移等知识说明理由.(3)假设新桥就按小红的设计在FG处实施建造了,上游还有一座旧桥,凌晨3点某船从旧桥下到新桥下,到达后立即返回,来回穿梭于两桥之间,船在静水每小时16千米,水流每小时4千米,在当晚23点时有人看见船在离旧桥80千米处行驶求这两桥之间的距离.【答案】(1)PM=QN;(2)小红设计的路径较短,理由见解析;(3)200千米或120千米或100千米【分析】(1)易得PQMN,所以可得PM=QN;(2)根据小明的路径=AC+CD+DB,小红的路径=AE+EB,由平移可知CD=EB,DB=CE,在ACE中由两边之和大于第三边,可得出结论;(3)需要分情况讨论:船第一次到达新
16、桥后返回距离旧桥80千米;船第一次返回旧桥,再向新桥行驶,距离旧桥80千米;船第二次到达新桥后返回距离旧桥80千米;船第二次返回旧桥,再向新桥行驶,距离旧桥80千米,这一次计算距离为60千米,不符合题意.【详解】(1)PQb,MNb,PQMN,则PM与QN都为线段PQ平移的距离,PM=QN(2)小红设计的路径较短,理由如下:小明的路径=AC+CD+DB,小红的路径=AE+EB,由平移可知CD=EB,DB=CE,在ACE中AC+CEAE,所以小红设计的路径短.(3)设两桥之间的距离为x千米(x80),旧桥到新桥为顺水,速度为16+4=20千米/小时,新桥到旧桥为逆水,速度为16-4=12千米/小
17、时,行驶总时长为23-3=20小时.船第一次到达新桥后返回距离旧桥80千米,由题意得解得船第一次返回旧桥,再向新桥行驶,距离旧桥80千米,由题意得 解得船第二次到达新桥后返回距离旧桥80千米,由题意得, 解得船第二次返回旧桥,再向新桥行驶,距离旧桥80千米,由题意得, 解得因为船在两桥之间行驶,故此种情况不存在.综上,两桥间的距离为200千米或120千米或100千米.【点睛】本题考查最短路径设计问题,设计图可作为“造桥模型”记住,第(3)题考查船顺水于逆水航行问题,需要掌握顺水和逆水的速度计算,分类讨论是解题的关键.例2(2023.广东八年级专项训练)如图所示,某条护城河在处角转弯,河宽相同,
18、从处到达处,须经过两座桥(桥宽不计,桥与河垂直),设护城河以及两座桥都是东西、南北走向的,恰当地造桥可使到的路程最短,请确定两座桥的位置【答案】见解析【分析】由于含有固定线段“桥”,需要将点向下平移至点,点向右平移至点,构造平行四边形进行求解即可【详解】解:如图所示,将点向下平移至点,使的长等于河宽,将点向右平移至点,使的长等于河宽;连接,与河岸相交于点,;过点作于点D,过点作于点,则,即为两桥的位置,【点睛】本题考查了轴对称最短路径问题,由于有固定的长度的线段,常用的方法通过平移,构造平行四边形,将问题转化为平行四边形的问题解答例3(2023广西二模)已知,在河的两岸有A,B两个村庄,河宽为
19、4千米,A、B两村庄的直线距离AB10千米,A、B两村庄到河岸的距离分别为1千米、3千米,计划在河上修建一座桥MN垂直于两岸,M点为靠近A村庄的河岸上一点,则AM+BN的最小值为()A2B1+3C3+D【答案】A【分析】作BB垂直于河岸,使BB等于河宽,连接AB,与靠近A的河岸相交于M,作MN垂直于另一条河岸,则MNBB且MNBB,于是MNBB为平行四边形,故MBBN;根据“两点之间线段最短”,AB最短,即AM+BN最短,此时AM+BNAB【详解】解:如图,作BB垂直于河岸,使BB等于河宽,连接AB,与靠近A的河岸相交于M,作MN垂直于另一条河岸,则MNBB且MNBB,于是MNBB为平行四边形
20、,故MBBN根据“两点之间线段最短”,AB最短,即AM+BN最短AB10千米,BC1+3+48千米,在RTABC中,在RTABC中,BC1+34千米,AB千米;故选A【点睛】本题考查了轴对称最短路径问题,要利用“两点之间线段最短”,但许多实际问题没这么简单,需要我们将一些线段进行转化,即用与它相等的线段替代,从而转化成两点之间线段最短的问题目前,往往利用对称性、平行四边形的相关知识进行转化例4(2023陕西西安校考模拟预测)如图,中,;垂足分别为点F和E点G和H分别是和上的动点,那么的最小值为_【答案】【分析】过点E作交于点I,连接易求出,易证四边形为平行四边形,得出,即说明当最小时,最小由当
21、点I,H,C三点共线时,最小结合平行四边形的判定和性质和勾股定理求出,即得出,即可得出答案【详解】解:如图,过点E作交于点I,连接中,四边形为平行四边形,同理可得出,四边形为平行四边形,四边形为平行四边形,当最小时,最小当点I,H,C三点共线时,最小,此时最小,如图,四边形为平行四边形,的最小值为 故答案为:【点睛】本题考查平行四边形的性质和判定,含30度角的直角三角形,勾股定理,平行线的判定,两点之间线段最短等知识正确作出辅助线,理解当点I,H,C三点共线时,最小,即此时最小是解题关键例5(2023.山东中考二模)如图,抛物线y=ax2+bx+c(a0),经过点A(-1,0),B(3,0),
22、C(0,3)三点(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;(2)连接AC、BC,N为抛物线上的点且在第四象限,当SNBC=SABC时,求N点的坐标;(3)在(2)问的条件下,过点C作直线lx轴,动点P(m,3)在直线l上,动点Q(m,0)在x轴上,连接PM、PQ、NQ,当m为何值时,PM+PQ+QN最小,并求出PM+PQ+QN的最小值【答案】(1)y=-x2+2x+3,顶点M坐标为(1,4);(2)点N坐标为(4,-5);(3)当m=时,PM+PQ+QN有最小值,最小值为3+3【分析】(1)将点A、B、C坐标代入解析式,解关于a、b、c的方程组可得函数解析式,配方成顶点式即可得点M坐标;(2)设N
23、(t,-t2+2t+3)(t0),根据点N、C坐标用含t的代数式表示出直线CN解析式,求得CN与x轴的交点D坐标,即可表示BD的长,根据SNBC=SABC,即SCDB+SBDN=ABOC建立关于t的方程,解之可得;(3)将顶点M(1,4)向下平移3个单位得到点M(1,1),连接MN交x轴于点Q,连接PQ,此时M、Q、N三点共线时,PM+PQ+QN=MQ+PQ+QN取最小值,由点M、N坐标求得直线MN的解析式,即可求得点Q的坐标,据此知m的值,过点N作NEx轴交MM延长线于点E,可得ME=6、NE=3、MN=3,即MQ+QN=3,据此知m=时,PM+PQ+QN的最小值为3+3【详解】(1)解:抛
24、物线y=ax2+bx+c(a0)经过点A(-1,0),B(3,0),C(0,3),解得:,y=-x2+2x+3=-(x-1)2+4,则抛物线的顶点M坐标为(1,4);(2)解:N是抛物线上第四象限的点,设N(t,-t2+2t+3)(t3),又点C(0,3),设直线NC的解析式为y=k1x+b1,则,解得:,直线NC的解析式为y=(-t+2)x+3,设直线CN与x轴交于点D,当y=0时,x=,D(,0),BD=3-, SNBC=SABC,SCDB+SBDN=ABOC,即BD|yC-yN|= 3-(-1)3,即(3-)3-(-t2+2t+3)=6,整理,得:t2-3t-4=0,解得:t1=4,t2
25、=-1(舍去),当t=4时,-t2+2t+3=-5,点N坐标为(4,-5);(3)解:将顶点M(1,4)向下平移3个单位得到点M(1,1),连接MN交x轴于点Q,连接PQ,则MM=3,P(m,3)、Q(m,0),PQx轴,且PQ=OC=3,PQMM,且PQ=MM,四边形MMQP是平行四边形,PM=QM,由作图知当M、Q、N三点共线时,PM+PQ+QN=MQ+PQ+QN取最小值,设直线MN的解析式为y=k2x+b2(k20),将点M(1,1)、N(4,-5)代入,得:,解得:,直线MN的解析式为y=-2x+3,当y=0时,x=,Q(,0),即m=,此时过点N作NEx轴交MM延长线于点E,在RtM
26、EN中,ME=1-(-5)=6,NE=4-1=3,MN=,MQ+QN=3,当m=时,PM+PQ+QN的最小值为3+3【点睛】本题主要考查二次函数的综合问题,解题的关键是熟练掌握待定系数法求函数解析式、平行四边形的判定与性质、勾股定理及根据两点间线段最短得到点P、Q的位置例6(2023春湖北武汉八年级统考期中)如图,在中,M、N分别是、边上的动点,且,则的最小值是_【答案】【分析】由可知为定长,在、间滑动,故由造桥选址模型进行平移,转化为两点间距离加上定长,再利用特殊角构造直角三角形,使用勾股定理求出两点间距离【详解】作交于点E,在取,连接,延长至点,使,连接,作于点,如下图:,为等边三角形,四
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