每日一题[454]擒贼先擒王

如图,在棱长为$1$的正方体$ABCD-A_1B_1C_1D_1$中,若点$E,F$分别为线段$BD_1,CB_1$上的动点,点$G$为底面$ABCD$上的动点,则$EF+EG$的最小值为_______.

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分析与解    解决多个动点的最值问题,通常是先确定一部分点去考虑其他动点的最佳位置,然后调整之前暂时确定的点的位置,去研究整体的最佳状态,这种方法称为局部调整法.

在本题中,当$E$点确定时,最好的$G,F$点分别满足$EG\perp ABCD$以及$EF\perp B_1C$,于是$F$是$B_1C$的中点,且$G$为$E$在$BD$上的投影,如图.

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于是只需要将$\triangle D_1FB$绕$BD_1$旋转至与$\triangle BDD_1$共面,然后过$F$作$BD$边上的垂线即得$EF+EG$的最小值.为了方便,我们直接旋转$\triangle D_1C_1B$,如图.

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这样就由$\cos\angle DBD_1=\sqrt{\dfrac 23}$得到$$\cos\angle C_1BD=2\cos^2\angle DBD_1-1=\dfrac 13,$$于是$$FH=\sin\angle C_1BD\cdot FB=\dfrac{2\sqrt 2}3\cdot \dfrac{\sqrt 2}2=\dfrac 23,$$也即$EF+EG$的最小值为$\dfrac 23$.

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