时间最值问题的思考

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  【摘要】本文主要把求时间最值问题转化为数学模型两定一动求最值问题。即是“PA k·PB”模型的最值问题。从具体考试题分析讲解,分析题目内容、来源、背景。通过变式训练,从特殊到一般的变形,最后拓展提升总结模型。
  【关键词】时间最值;胡不归;两定一动
  中考数学压轴题历来是初中师生关注的焦点。它一般具有动态性、开放性、探索性等特点,涉及代数几何等多个知识点。对考生而言,压轴题是一根标尺,可以比较衡量学生的综合能力以及数学素养。而中考模拟试题压轴题,是给师生提供一个风向标,指导师生思考关注的方向。
  时间最值问题可简化成数学模型“两定一动求最值”,即是“PA k·PB”模型的最值问题。我们对参数k进行讨论,当 k 值为 1时就是“饮马问题”模型,即可转化为“PA PB”之和最短問题,可以转化为轴对称问题来处理。原理:两点之间,线段最短。
  当 k 值不为 1时,分类研究。
  (1)点P在直线上运动——“胡不归”模型。如图1。
  (2)点 P 在圆上运动——“阿氏圆”模型,如图2。
  我们今天从一道具体考试题目来分析。
  一、审题分析
  1.题目具体内容:
  已知抛物线y=ax2 bx﹣3经过A(﹣1,0)、B(3,0)两点,与y轴交于C点。
  (1)求抛物线的解析式;
  (2)如图①,抛物线的对称轴上有一点P,且点P在x轴下方,线段PB绕点P顺时针旋转90°,点B的对应点B’恰好落在抛物线上,求点P的坐标。
  (3)如图②,直线y=x 交抛物线于A、E两点,点D为线段AE上一点,连接BD,有一动点Q从B点出发,沿线段BD以每秒1个单位的速度运动到D,再沿DE以每秒2个单位的速度运动到E,问:是否存在点D,使点Q从点B到E的运动时间最少?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由。
  2.题目来源:
  2017年深圳福田二模数学试题第23题第(3)问;
  3.选题背景分析
  (1)本题运用知识点及体现的数学思想:
  A、时间=路程/速度;B、两点之间,线段最短; C、点到直线的距离,垂线段最短;D、数形结合思想,转化思想
  (2)本题考察中考热点问题
  A、动点问题;B、数形结合;C、最值问题;D、胡不归问题
  二、解题剖析
  
  6.点F为直线EF上的动点,点B为定点。点到直线的距离,垂线段最短,当BF⊥EF时,BF最短;此时,BF与AE的交点D为所求。
  7.具体解答过程
  分析:
  如下图所示:过点E作EF∥x轴,作点DF∥y轴,则∠EFD=90o.
  三、变式题解
  1.我们可以把30°角转化成45°角。相对应的点Q在DE上的速度变成个单位。
  变式1、如图,直线y=x 1交抛物线y=x2﹣2x﹣3于A、E两点,点B(3,0),点D为线段AE上一点,连接BD,有一动点Q从B点出发,沿线段BD以每秒个单位的速度运动到D,再沿DE以每秒个单位的速度运动到E,问:是否存在点D,使点Q从点B到E的运动时间最少?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由。
  变式2、如图,直线交抛物线y=x2﹣2x﹣3于A、E两点,点B(3,0),点D为线段AE上一点,连接BD,有一动点Q从B点出发,沿线段BD以每秒3个单位的速度运动到D,再沿DE以每秒5个单位的速度运动到E,问:是否存在点D,使点Q从点B到E的运动时间最少?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由。
  四、拓展提升
  古老的“胡不归”问题,有一则历史故事:说的是一个身在他乡的小伙子,得知父亲病危的消息后便日夜赶路回家。由于思念心切,他挑选了全是沙砾地带的直线路径,放弃了沿驿道走一段的想法。然而,当他气喘吁吁地来到父亲的面前时,老人刚刚咽气了。人们告诉他,在弥留之际,老人在不断喃喃地叨念:“胡不归?胡不归?……”这就是风靡千年的“胡不归”问题。
  我们为这则古老的传说中的小伙子设想了一条路线。(见图(1))B是出发地,E是目的地;AE是一条驿道,而驿道靠目的地的一侧全是砂土地带。为了急切回家,小伙子选择了直线路程BE。
  但是,他忽略了在驿道上行走要比在砂土地带行走快的这一因素。如果他能选择一条合适的路线(尽管这条路线长一些,但是速度可以加快),是可以提前抵达家门的。
  那么,这应该是哪条路线呢?胡不归问题可以用物理解法,也可以用数学解法。显然,根据两种路面的状况和在其上行走的速度值,可以在AE上选定一点D,小伙子从B走到D,然后从D折往E,可望最早到达E。用现代数学语言表达,就是:
  
  如图(3),当BF⊥EF时,BF与AE交点D为所求。
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