之前总结过,初中几何求线段之和最短的问题,主要思路是通过变换实现线段拼接。有一类求几条线段距离之和最小的问题,拼接的方法非常巧妙。最经典的就是三角形的费马点问题。
问题描述:寻找在一个最大角不超过120°的三角形中,到三个顶点距离之和最小的点。
先说答案:在△ABC中找一点P,连接PA、PB、PC。若三条线段两两成120°角,则这个点就是到三个顶点距离之和最小的点。这个点叫做三角形的“费马点”。
如何证明这个点就是到三个顶点距离之和最小的点?这里记录一种经典而且美妙的解法。
将△ABP绕点B逆时针旋转60°,旋转后的三角形为△A’BP’。
因为△ABP与△A’BP’全等,因此PA=P’A’。
旋转60°,且PB=P’B,那么△BPP’是正三角形,于是有PB=PP’。
那么PA+PB+PC=A’P’ + P’ P + PC
这是一段折线,当且仅当A’P’、P’ P、PC呈直线时距离之和最短。
此时,∠APB=∠A’P’B=120°,同理∠BPC =∠CPA=120°。