相传,海伦是古希腊亚历山大城精通数学、物理的学者. 一天,一位将军向他请教一个问题:如图1所示,将军准备从A点出发,想让马到一条笔直的河流上去饮水,然后再去B地,那么,怎样走路线最短呢?海伦稍加思索,建立以下数学模型,便解决了这个问题,请看:
他把河岸看作直线l. 如图2所示,先取A(或B)关于直线l的对称点A′(或B′),连结A′B(或B′A),与直线交于一点P,则点P就是将军饮马的地点,且PA+PB即为最短路线.
说明 设点P1是河岸l上异于点P的任意一点,连结P1A,P1A′,P1B. 因为点A与点A′关于l对称,所以PA=PA′,P1A=P1A′. 所以PA+PB=PA′+PB=A′B, P1A+P1B=P1A′+P1B. 在△A′P1B中,P1A′+P1B>A′B,所以P1A+P1B>PA+PB. 所以点P到A,B的距离之和最短.
这个问题后来被称为“将军饮马”问题. 需要指出的是,它是一个十分重要的“最值模型”,如人教版课标实验教材《数学》八年级(上)“13.2轴对称变换”,在“探究”栏目中设置的“选址修建泵站”的问题,即“要在燃气管道l上修建一个泵方,使所用的输气管线最短”,其数学模型就是“将军饮马”问题. 这个模型在初中的解题中经常用到,同学们一定要掌握其使用方法.