中考重難點:最短路徑問題之「阿氏圓模型」

2020-12-12 衝之數學編程

同學們好,上次內容,我們分享的是PC+K·PD中的「胡不歸模型」,胡不歸模型,說白了,就是動點P的運動軌跡是一條直線的模型,重點呢,是構造一個角,能將K·PD轉換成無係數的線段,作角一邊的垂線,從而求出最小值。

這次內容,我們就要分享關於PC+K·PD中的「阿氏圓模型」,也就是動點P的運動軌跡是一個圓或者圓弧的模型了。這種模型,叫做阿氏圓:這個軌跡最先由古希臘數學家阿波羅尼斯發現,因此我們把它叫做阿氏圓模型。 那它的重點又是什麼呢?我們先來看看什麼是阿氏圓:

衝之數學編程課堂阿氏圓動圖

阿氏圓其實呢,就是平面上有兩個定點C,D,則所有滿足PD/PC=K(K≠1)的點P的軌跡是一個圓,且是以定比為K的內分和外分定線段CD的兩個分點的連線為直徑的圓。

咋理解?我們來畫一個阿氏圓你就清楚了。

給你兩個定點C,D,且給你一個DP/CP=k的比值,我們來畫一個阿氏圓。

步驟: 1)在CD上取一點P1,使得DP1/CP1=k

2) 在CD的延長線上取一點P2,使得DP2/CP2=k

3)以P1,P2為直徑畫圓,那麼圓上的任意一點P,就都能滿足PD/PC=k 了,此時P1為CD的內分點,P2為CD的外分點。

由阿氏圓的定義,我們連接PO,可得出△OPD~△OCD,證明如下

衝之數學編程

這是我們從阿氏圓能夠得出的另外一個模型圖,可以叫做「母子型相似模型」。

到此,我們需要的一些結論已經出來了。比如DP=K·PC

那阿氏圓和我們今天說的求最小路徑又有什麼關聯?

我們先來看一個最基礎「阿氏圓模型」。

「阿氏圓」模型

如下圖所示,⊙O的半徑為r,點B、C都在⊙O外,P為⊙O上的動點,已知r=k·OC.連接PC、PB,則當「PB+k·PC」的值最小時,如何確定P點的位置。

求PB+k·PC的值最小,但動點p的軌跡是個圓,沒法按照胡不歸模型構造角了。那就得要另想辦法,將這個k·PC進行轉化成沒有係數的線段。這可咋轉?

我們從阿氏圓可以得到一個啟發。K·PC=DP,就能將K轉化成沒有係數的線段。變成PB+PD了。

那麼關鍵問題就出現了。怎樣確定這個D點,其實就是求的阿氏圓中的兩個定點中的其中一個定點。只要在CO線段上找出這個定點D即可。

怎麼求D點,根據母子型相似模型,我們就能求出OD的長度,如圖所示

D點確定之後,就是一個定點了,連接B點,D點,交圓於P點,P就是所求的點,能使PB+PD最短,也就是PB+k·PC最短了。

那阿氏圓的模型說到這,大家應該就能知道只要求出阿氏圓的另外一個定點的位置。連接這個定點之後,就能求線段最短了。

總結一下步驟:

1)連接動點和圓心

2)題中告知或者求出OP(r),OC的的長度,以及告知他們的比,即k

3)在OC上取點D,使得r/OC=OD/r(共邊共角構造相似)

4)連接B,D點,交圓於P點即可

讓我們來看到簡單的例題來理解一下

例題

看題,典型的阿氏圓模型。求AP+(1/2)BP,求最小值。

首先1)連接CP,

2)關鍵點,在BC上求一點D,使得r/BC=CD/r,求得CD=r的平方/BC=1(構造共邊共角相似,r的平方=原有線段(CB)×構造線段(CD)

3) 連接AD點,根據已知條件和勾股定理可得AD=√37(根號37)

練習(變式)

例題和練習相對來說不是很難。它還有很多變化的題目。但是套路都是差不多。阿氏圓模型,難點在於不是很好理解。但只要多琢磨琢磨,多思考一下。還是能發現其中的一些關鍵點的。當然,方法不止這一種。還有其它方法。但是原理都差不多。把阿氏圓的定義理清楚會對這個模型的理解有一定幫助。

好了,今天的分享就到這。我們後面還會對阿氏圓這塊進行進一步的探討。喜歡我們的文章,請收藏,點讚,關注我們,我們後期還有更多的內容分享給大家。謝謝。

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