作“最短距离”的方法

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   近几年作图题在全国各地的中考试卷中频频出现,成为中考题的热点。解答这类题目需要学生进行观察、实验、操作、猜想、验证、推理等数学活动,有利于培养他们的分析、综合、概括和动手能力,是学生展示创新能力的平台。
   综观各地中考试卷中的作图题,考查的主要知识点是轴对称,即利用轴对称作图求点与点之间的最短距离。解答时,除了利用轴对称的性质外,还主要利用“垂线段最短”“两点之间,线段最短”这两个公理。而学生往往混淆不清,不能理解它们的实质,从而无法正确解决问题。“垂线段最短”,是针对点与直线来说的,“两点之间,线段最短”则是针对点与点来说的,通过作图可以好好地体会它们的不同。在同一平面内,求最短距离时,可以借助轴对称及上述两个公理来解决;在空间内求最短距离的问题则可以转化为平面问题来解决。
   例1 要在燃气管道l上修建一个泵站,分别向A、B两镇供气,泵站修在管道的什么地方可使所用的输气管线最短?
  


   分析:假定已找到C点为泵站位置,使得AC+BC为最小,根据两点之间线段最短,可想办法将AC与BC转化到一条直线上,如将AC转化到直线BC上为CA′.
   作法: (1)如图1作点A关于直线l的对称点A′;
   (2)连接A′B交l于C点,连接AC, 则点C为泵站的位置,使得AC+BC为最小.
   例2 如图2,A为马厩,B为帐篷,牧马人某一天要从马厩牵出马先到草地边某一处放马,再到河边饮马,然后回到帐篷,请画出这一天的最短路线.
   分析:假设已在MN上找到点E,在l上找到点F,使得AE+EF+FB+AB为最小. 由于AB的距离是定长,只要使AE+EF+FB為最小,根据两点之间线段最短,所以只需要将AE、EF、FB转化到一条直线上,可以作对称点来解决。
  


   作法: (1)作点A关于直线MN的对称点A′;
   (2)作点B关于直线l的对称点B′;
   (3) 连接A′B′交MN于E点,交l于F点,连接AE、EF、BF、AB.
   最短路线就是AE+EF+BF+AB.
   点评:如图3,学生常常会错作成:如图3,过点A向MN作垂线,垂足为E,过点B向l作垂线,垂足为F,连接EF,AE+EF+FB+AB为最短路线。他们根据垂线段最短,得出AE、BF是最短,但不能够使AE+EF+FB的和为最短,所以此时AE+EF+BF+AB不是最短的.
  


   例3 如图4,OX,OY是两条公路,在两条公路夹角的内部有一油库A,现在想在两条公路上各建一个加油站,为使运油的油罐车从油库出发先到其中一个加油站,再到另一个加油站,最后回到油库的路程最短,问两加油站应如何选址.
  


   解:作点A关于OX的对称点A1,关于OY的对称点A2,连接A1、A2交OX、OY于点M、N,则为M、N选的地址. 利用作对称点,将AM、AN、MN转化在一条直线上,根据两点之间线段最短,使AM+AN+MN最短.
   例4 如图5,一个正方体的木柜放在墙角处(与墙面和地面均没有缝隙),有一只蚂蚁从柜角处沿着木柜表面爬到柜角处。画出蚂蚁能够最快到达目的地的可能路径。
  


   解析:木柜的表面展开图是两个矩形ABC1D1和ACC1A1,蚂蚁能够最快到达目的地可能路径为AC1。立体图形的最短距离是将它展开成平面图形来解决。
   在平面上的最短距离问题可以分为三类:第一类是作点到线的最短距离,是向直线作垂线,垂线段最短;第二类是作两点之间的最短距离,直接连接两点,两点之间线段最短;第三类是作几条线段的和,使这几条线段的和最小,是利用轴对称原理把不在同一直线上的线段转化到同一直线上,再根据两点之间线段最短,就能找到最短路径。
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