如何證明:「等底等高的三角形中,等腰三角形的周長最短」

2020-12-04 百家號

在等底等高的三角形中,以等腰三角形的周長最短. 如何證明?

如下圖,兩直線m∥n,點A在直線a上,點B和C在直線b上,△ABC是等腰三角形,AB=AC,點D是直線a上任意一點(A、D不重合).求證:△ABC的周長一定小於△DBC的周長.

分析:△ABC和△DBC中,BC是公共邊,因此要證明兩個三角形的周長,只要比較AB+AC與DB+DC的大小即可.

證明:作點C關於直線a的對稱點C',連接AC',DC',如下圖所示:

∵∠CAC'=2∠ACB=∠ABC+∠ACB,∴∠BAC'=180°,而∠BDC'≠180°,∴DBC'構成三角形,從而BD+DC'>BC'. ∵DC'=DC,AC'=AC,∴ BD+DC>AB+AC,BD+DC+BC>AB+AC+BC,即△ABC的周長小於△DBC的周長.

本題也可以改為:在等底等面積的三角形中,以等腰三角形的周長最短.怎樣證明?

分析:兩個三角形只要等底等面積,其實就是等高,和上題本質上是一樣的,只不過換了一種說法而已.

【總結】本題用到了轉化的數學思想,先把比較兩個三角形周長大小問題,轉化為證明線段之和最小值問題,通過對稱變換把折線AB+AC化成了一條線段BC'(化折為直),同時又把條件集中到△BDC'中來了.其中,證明線段之和最小值問題就是著名的「將軍飲馬」模型.

簡單回顧一下「將軍飲馬」模型

求解兩條線段和的最小值或兩條線段差的最大值問題,用到最基本的原理就是「兩點之間線段最短」,最基本的圖形就是「將軍飲馬模型」,即已知一條直線l和直線l同旁的兩個定點(A、B),要求直線l上一動點C,使得兩條線段和最小或兩條線段的差最大,方法如下圖:通過作點A(或點B)關於直線l的稱點A′(或點B′),連接A′B(或B′A)與直線l交點即為所求點C(兩條線段和的最小值);連接BA,延長BA交l於點C′,點C′即為所求點(兩條線段差的最大值).

(另:兩條線段和最小值問題已經在前面《最值問題中一個基本的模型——探討線段和最小值問題》中詳細探討過,讀者可以關注「胡不歸數學課堂」翻看)

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