将军饮马问题 下载本文

将军饮马的科学计算依据:首先,我们给大家介绍一下对称点的概念。已知一条直线L和直线外一点A,求A点关于L的对称点A`我们用的方法是A点向L引垂线,垂足为O,延长AO至A`,使OA'=OA,则A`点即为所求。 A 其次,我们介绍一下\将军饮马\问题。据说,在古希腊有一位聪明过人的学者,名叫海伦。有一天,一位将军向他请教了一个问题:从A地出发到河边饮马,然后再B地,走什么样的路线最短?如何确定饮马的地点?提起路线最短的问题,大家知道:连结两点之间所有线中,最短的是线段。这个题中马走的是一条折线。这又该怎么办呢?海伦的方法是这样的:设L为河。作AO L交L于O点,延长AO至AKL,使ALLO=AO,连结AKLB交L于C点,则C 点即为所求的点。连结AC。(AC+CB)为最短路程。这是因为,ALK点是A点关于L 的对称点,显然,AC=ADFC。因为ASDBSHI是一条线段,所以AC+CB==AASC+CB=AKDBYEYE也就是最短。少年朋友们喜欢打台球吧,实际上打台球无时无刻都需要应用海伦的妙法。下面我们看一个有关打台球的实例。若在矩形的球台上,有两个球在M和N的位置上。假如从M打出球,先触及DC边K点,弹出后又触到CB边E点,从CB边再反射出来。问用怎样的打法,才能使这个球反射后正好撞上在N 点放置的球?具体做法是: 先作M关于DC的对称点MLJLK,再作LKJ;L关于BC 的对称点LKJ那么MKJN和BC 的交点为E,DKL;S和CD 交于K,E、K就是球和各边的撞击点。按MK遮掩的践线打球,一定会使球M从BC边弹出后撞上球N。

唐朝诗人李欣的诗《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.

如图所示,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.

如图所示,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',连结A'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'饮马,所走的路程就是AC'+C'B,但是,AC'+C'B=A'C'+C'B>A'B=A'C+CB=AC+CB.

可见,在C点外任何一点C'饮马,所走的路程都要远一些.

这有几点需要说明的:(1)由作法可知,河流l相当于线段AA'的中垂线,所以AD=A'D。(2)由上一条知:将军走的路程就是AC+BC,就等于A'C+BC,而两点确定一线,所以C点为最优。

如图,有A、B两个村庄,他们想在河流l的边上建立一个水泵站,已知每米的管道费用是100元,A到河流的距离AD是1km,B到河流的距离BE是3km,DE长3km。请问这个水泵站应该建立在哪里使得费用最少,为多少?

解:如图所作,C点为水泵站的位置。

依题意,得:所铺设的水管长度就是AC+BC,即:A'C+BC=A'B的长度。 因为EF=A'D=AD=1km, 所以BF=BE+EF=4km 又A'F=DE=3km

在Rt△A'BF中,A'B^2=A'F^2+BF^2 所以:解得:A'B=5km

所以总费用为:5*1000*100=500000(元)