初中数学:不同背景下的最短路径问题解题方法和技巧(珍藏版)

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初中数学:不同背景下的最短路径问题解题方法和技巧(珍藏版)

2024-07-15 07:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

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最短路径问题的规律或关键在于:动点在哪条直线上,就以哪条直线为对称轴,作定点关于此直线的对称点,实现“折转直”。

理论依据:“两点之间线段最短”、“三角形两边之和大于第三边”、“垂线段最短”、“点关于线对称”、“线段的平移”、“立体图形展开图”。

出题背景:直线、平行线、角、三角形、坐标轴、矩形、菱形、长方体、圆、圆锥、抛物线等。

一、“直线”背景

1.1、两点位于直线异侧或同侧(将军饮马问题、两定一动模型)

例1、如左图,A,B在直线a的两侧,在a上求一点P,使得PA+PB最小。

解:连接AB,线段AB与直线a的交点P ,即为所求。(理论依据:两点之间线段最短.)

例2、如右图,A,B在直线a的同侧,在a上求一点P,使得PA+PB最小。

解:如图,作定点B关于直线a的对称点B’,连接AB’与直线a的交点P1即为所求。

理论依据:三角形两边之和大于第三边。(AP+PB’>AB’)

二、“平行线”背景(造桥选址问题)

例3、如图,A.B两地在一条河的两岸,现要在河上建一座桥CD,桥造在何处才能使从A到B的路径ACDB最短?(假设河的两岸是平行的直线,桥要与河垂直)

解:1.将点B沿垂直与河岸的方向平移一个河宽到E,

2.连接AE交河上岸与点C,

3、过点C作CD垂直于对岸于点D,CD即为所求。

证明:由平移的性质,得 BE平行且等于CD

∴DB=CE

∴AC+CD+DB=AC+CE+EB=AE+EB

而对于桥上岸任一点P,都有AP+PE>AE(理论依据:三角形两边之和大于第三边)。

所以桥的位置建在CD处,AB两地的路程最短。

三、“角”背景(点在角的内部)

例4、如图A是锐角∠MON内部任意一点,在∠MON的两边OM,ON上各取一点B,C,组成三角形,使三角形周长最小.

解:分别作点A关于OM,ON的对称点A′,A″;连接A′,A″,分别交OM,ON于点B、点C,则点B、点C即为所求

四、“三角形”背景(费马问题)

例5、已知一个三角形,求作一点,使其与这个三角形的三个顶点的距离之和为最小。

解:把△BPC绕点B旋转60°,点P对应点P',点C对应点C',于是就有

PC = P'C', PB = PP' (∵ △PBP' 是等边三角形)

∴PA + PB + PC = PA + PP' + P'C'

而PA + PB + PC = PA + PP' + P'C' ≥ AC'(原理:两点之间线段最短)

显然,如果上面的不等式能取到等号,那么这时候的点P就是到点 A, B, C 距离之和最小的点,也就是费马点。

五、“坐标轴”背景

六、“棱形”背景

七、“矩形”背景

例8、矩形OABC在平面直角坐标系中的位置如图所示,点B的坐标为

(3,4),D是OA的中点,点E在AB上,当△CDE的周长最小时,点E的坐标为(  )

八、“长方体”背景

长方体展开方式有三种:①右侧面与下底面展开在同一平面内

②前表面与上表面展开在同一平面内③上表面与左侧面展开在同一平面内。求得三种路程,然后进行比较大小,即可得到最短路程.

例9、如图是一个长4m,宽3m,高2m的有盖仓库,在其内壁的A处(长的四等分)有一只壁虎,B处(宽的三等分)有一只蚊子,则壁虎爬到蚊子处最短距离为(  )

九、“圆”背景

例10、如图,AB为⊙O直径,AB=2,OC为半径,OC⊥AB,D为AC三等分点,点P为OC上的动点,求AP+PD的最小值。

十、“圆椎”背景

将圆锥侧面展开,可将其侧面展开在同一平面内,利用平面图形的知识求出最短路程。

例11、如图,一直圆锥的母线长为OA=8,底面圆的半径r=2,若一只小蚂蚁从A点出发,绕圆锥的侧面爬行一周后又回到A点,则蚂蚁爬行的最短路线长是 (结果保留根式)

十一、“抛物线”背景

最短路径问题几乎是历年中考必考题型。由于篇幅有限,今天仅考虑最短路径一个动点的模型。

好了,今天的内容就分享到这里,如果您有疑问,可以在文章下方留言,欢迎继续关注,精彩还将继续!

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