论文部分内容阅读
在初中阶段,最短路径问题一直是中考的一个热点问题,但纵观历年来全国各地的中考题,我们会发现这类问题不管怎么变,我们几乎都能从课本当中找到原型:“马喝水”问题和“造桥”问题(新人教版2013版教材P85课题学习最短路径问题)。如果教师在执教的过程中,能够帮助学生从最短问题中提炼出这类问题的基本模型,教会学生解决这类问题的基本方法,以不变应万变,那么对于此类题目,学生解决起来定会游刃有。
一、“马喝水”问题
例1如图1,牧马人从A地出发,到一条笔直的河边l饮马,然后到B地。牧马人到河边什么地方饮马,可使所走的路径最短?
图1 图2
分析:这道实际问题可以转化为:当点P在l的什么位置时,AP与PB的和最小。故只要过点B作直线l的对称点B′,线段AB′与直线l的交点P即为所求。
变式1:如图3,圆柱形玻璃杯高为12cm,底面周长为18cm,在杯内离杯底4cm的点C处有一滴蜂蜜,此时一只蚂蚁正好在杯外壁,离杯上沿4cm与蜂蜜相对的点A处,则蚂蚁到达蜂蜜的最短距离为cm.
本题实质就是“马喝水”问题的简单引申,要注意的是,“马喝水”问题是平面几何问题,而本题是立体几何问题,故本题先要将立体几何问题转化为平面几何问题:如图4,将圆柱沿点A所在的母线展开,则线段MN相当于“马喝水”问题中的“河边l”,蚂蚁A和蜜蜂C相当于“马喝水”问题中的A地和B地,则最短距离即为线段A′C的长.
其中A′M=AM=4,A′H=12,HC=9,由勾股定理可知A′C=15,即最短距离为15cm.
图3 图4
图5
变式2:如图5,在菱形ABCD中,∠ABC=60°,AB=2。过点A作对角线BD的平行线与边CD的延长线相交于点E。点P为BD上一个动点(可与短点B、D重合)。连接PA、PE、PC、AC。记△ABP的周长为S,△PDE的周长为T,求(S+T)的最小值.
因为S和T分别表示三角形的周长,所以S=AB+BP+AP,T=PD+DE+PE,故S+T=AB+BP+AP+PD+DE+PE=2AB+BD+AP+PE=4+23+AP+PE,本要求(S+T)的最小值,
实质即求AP+PE的最小值,从而本题又转化为
“马喝水”问题。线段BD相当于“马喝水”问
题中的“河边l”,点A和点E相当于“马喝水”问题中的A地和B地,此时,点A的对称点为点C,则动点P与点D重合,则AP+PE的最小值即为线段CE的长4,故S+T的最小值为8+23.
二、“造桥”问题
例2如图6:A和B两地在一条河的两岸,现在要在河上造一座桥MN。桥造在何处可使从A到B的路径AMNB最短?(假定河的两岸是平行的直线,桥要与河垂直.)
图6 图7
分析:本题可以转化为:已知a∥b,M、N为直线a、b上的两个动点,且MN垂直于直线b于N,交直线a于点M。当N在直线b的何处时,AM+MN+NB最小?要求AM+MN+NB最小,因为MN为定值,所以即求AM+NB最小。则本题可转化为“马喝水”问题,如图7,过点A作AA′∥M′N′且AA′=M′N′,连接A′B交直线b于点N,过点N作MN⊥b交直线a于b,则MN即为所求.
小结:“造桥”问题实质是“马喝水”问题的提升,其基本特点是:①两个定点两个动点,且两动点间的距离为定值(即其中一个动点的位置确定时,另一动点的位置也随之);②两条定直线;③在定直线上有一动点,使定点与两动点的距离之和最短。
变式:如图8,在平面直角坐标系中,矩形ABCO,B点坐标为(4,3),抛物线经过矩形ABCO的顶点B、C,直线AF与y轴交于E点,交抛物线于点F(6,-3).
(1)求该抛物线解析式;
(2)如图9,动点P从点C出发,沿线段CB以每秒1个单位长度的速度向终点B运动。过点P作PH⊥OA,垂足为H。设点P的运动时间为t秒。问EP+PH+HF是否有最小值,如果有,求出t的值;如果没有,请说明理由。
图8 图9 图10
分析:(1)由条件,A(4,0),C(0,3),我们可以求出抛物线的解析式y=-12x2+2x+3;
(2)因为点E、F为定点,且PH为定值,故求EP+PH+HF的最值问题,实质上就是“造桥问题”。
如图10,即在OE上截取EG=PH,连接GF交OA于点H,过点H作PH⊥OA交BC于点P。
因为AF:y=-32x+6,所以E(0,6),由EG=PH=3,知G(0,3),即G、C两点重合。
此时CF:y=-x+3,则H(3,0),P(3,3),所以t=3。
作者单位:江苏省如东县实验中学
一、“马喝水”问题
例1如图1,牧马人从A地出发,到一条笔直的河边l饮马,然后到B地。牧马人到河边什么地方饮马,可使所走的路径最短?
图1 图2
分析:这道实际问题可以转化为:当点P在l的什么位置时,AP与PB的和最小。故只要过点B作直线l的对称点B′,线段AB′与直线l的交点P即为所求。
变式1:如图3,圆柱形玻璃杯高为12cm,底面周长为18cm,在杯内离杯底4cm的点C处有一滴蜂蜜,此时一只蚂蚁正好在杯外壁,离杯上沿4cm与蜂蜜相对的点A处,则蚂蚁到达蜂蜜的最短距离为cm.
本题实质就是“马喝水”问题的简单引申,要注意的是,“马喝水”问题是平面几何问题,而本题是立体几何问题,故本题先要将立体几何问题转化为平面几何问题:如图4,将圆柱沿点A所在的母线展开,则线段MN相当于“马喝水”问题中的“河边l”,蚂蚁A和蜜蜂C相当于“马喝水”问题中的A地和B地,则最短距离即为线段A′C的长.
其中A′M=AM=4,A′H=12,HC=9,由勾股定理可知A′C=15,即最短距离为15cm.
图3 图4
图5
变式2:如图5,在菱形ABCD中,∠ABC=60°,AB=2。过点A作对角线BD的平行线与边CD的延长线相交于点E。点P为BD上一个动点(可与短点B、D重合)。连接PA、PE、PC、AC。记△ABP的周长为S,△PDE的周长为T,求(S+T)的最小值.
因为S和T分别表示三角形的周长,所以S=AB+BP+AP,T=PD+DE+PE,故S+T=AB+BP+AP+PD+DE+PE=2AB+BD+AP+PE=4+23+AP+PE,本要求(S+T)的最小值,
实质即求AP+PE的最小值,从而本题又转化为
“马喝水”问题。线段BD相当于“马喝水”问
题中的“河边l”,点A和点E相当于“马喝水”问题中的A地和B地,此时,点A的对称点为点C,则动点P与点D重合,则AP+PE的最小值即为线段CE的长4,故S+T的最小值为8+23.
二、“造桥”问题
例2如图6:A和B两地在一条河的两岸,现在要在河上造一座桥MN。桥造在何处可使从A到B的路径AMNB最短?(假定河的两岸是平行的直线,桥要与河垂直.)
图6 图7
分析:本题可以转化为:已知a∥b,M、N为直线a、b上的两个动点,且MN垂直于直线b于N,交直线a于点M。当N在直线b的何处时,AM+MN+NB最小?要求AM+MN+NB最小,因为MN为定值,所以即求AM+NB最小。则本题可转化为“马喝水”问题,如图7,过点A作AA′∥M′N′且AA′=M′N′,连接A′B交直线b于点N,过点N作MN⊥b交直线a于b,则MN即为所求.
小结:“造桥”问题实质是“马喝水”问题的提升,其基本特点是:①两个定点两个动点,且两动点间的距离为定值(即其中一个动点的位置确定时,另一动点的位置也随之);②两条定直线;③在定直线上有一动点,使定点与两动点的距离之和最短。
变式:如图8,在平面直角坐标系中,矩形ABCO,B点坐标为(4,3),抛物线经过矩形ABCO的顶点B、C,直线AF与y轴交于E点,交抛物线于点F(6,-3).
(1)求该抛物线解析式;
(2)如图9,动点P从点C出发,沿线段CB以每秒1个单位长度的速度向终点B运动。过点P作PH⊥OA,垂足为H。设点P的运动时间为t秒。问EP+PH+HF是否有最小值,如果有,求出t的值;如果没有,请说明理由。
图8 图9 图10
分析:(1)由条件,A(4,0),C(0,3),我们可以求出抛物线的解析式y=-12x2+2x+3;
(2)因为点E、F为定点,且PH为定值,故求EP+PH+HF的最值问题,实质上就是“造桥问题”。
如图10,即在OE上截取EG=PH,连接GF交OA于点H,过点H作PH⊥OA交BC于点P。
因为AF:y=-32x+6,所以E(0,6),由EG=PH=3,知G(0,3),即G、C两点重合。
此时CF:y=-x+3,则H(3,0),P(3,3),所以t=3。
作者单位:江苏省如东县实验中学