最短路径问题中的数学思想

来源 :中学生数理化·八年级数学人教版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zy34970348
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  我们知道,找最短路径是轴对称知识的一个非常重要的应用.在解决图形周长最值问题时,轴对称的性质也可以起到重要的作用,但是,有些学生做题时对题意理解不清,不能从实际问题中抽象出数学模型,进而造成作图困难.下面,我们就来探讨最短路径问题中利用轴对称进行转化的思路,并从中提炼出解题方法.
  一、两定点一条直线
  1.两点在一条直线的两侧.
  例1 如图1,A.B在直线Z的两侧.在Z上求作一点P,使得PA PB最小,
  解析:根据“两点之间线段最短”,连接AB,线段AB与直线Z的交点P即为所要求作的点,如图2.
  2.两点在一条直线的同侧.
  倒2 如图3,A,B在直线Z的同一侧,在l上求作一点P.使得PA PB最小.
  解析:如果利用转化思想,把同侧转化为两侧,就能按照两侧找点的方法解决这个问题,如图4,先作出点A关于直线lZ的对称点A’,对于Z上的点P.PA =PA’,于是把PA 交BC的延长线于点F求证:∠B=∠ CA F.
  证明:∵ EF垂直平分AD.
  ∴ AF=DF.
  ∴∠ADF=∠DAF
  根据叠合三角形的性質,有
  ∠ADF ∠DA F=∠CA F ∠ACF.
  即2∠ADF=∠ CAF ∠LA CF.
  ∵AD平分∠BAG.
  ∴∠BA C=2∠1,
  ∵ ∠ADF= ∠B ∠1.
  ∴2(∠B ∠1)=∠CAF ∠ACF.
  ①
  又∵ ∠ACF= ∠B ∠BAC= ∠B 2∠1.
  ∴ 代人①有∠B=∠ CAF.PB最小的问题转化为PA’ PB最小的问题.再连接A’B交直线Z于点P,根据“两点之间线段最短”可知,点P即为所求.
  二、一定点两条直线
  例3
  如图5,在四边形ABCD中,∠BAD=120°,∠B=∠D=90°.在BC,CD上分别找一点M,N,使△AMN的周长最小.
  解析:要使△AMN的周长最小,就是使A M MN AN最小,可以借助轴对称对AM和AN进行转化.如图6,作A点关于BC和CD的对称点A’,A”,连接A’A”,交BC于点M,交CD于点Ⅳ,此时A’M=AM,A”N=AN.根据“两点之间线段最短”,可以知道线段A’A’’的长即为△AMN的周长的最小值.
  三 建桥选址问题
  例4 如图7,A,B两地在一条河的两岸,现要在河上建一座桥MN,使从A到B的路径A -M-N-B最短,桥的位置怎么确定?假定河的两岸是平行直线,并且桥要与河岸垂直,
  解析:因为河的宽度一定,也就是MN的长度是定值,所以只要AM NB最小就行了.
  可以进行问题的转化,把它转化为两点一线异侧问题,但需要把MN这条定长的线段移走.可以过A作河岸的垂线AH,在垂线上取AI等于河宽MN,问题转化为求I,B两点间的最短路径,连接BI即可得出N点,作MN垂直于河岸交a边于M点.当MN在如图8所示的位置时.AM MN NB最小、路径A-M-N-B最短,
  四 差的最值
  例5 如图9,已知直线Z和位于直线Z两侧的点A,曰,其中点A到直线Z的距离大于点B到直线l的距离,求作直线Z上一点C,使AC-BC最大.
  解析:如图10,作点B关于直线Z的对称点B’,连接AB’并延长,交直线l于点C,则点C即为所求.而对l上其他点C’.AC’一BC’=AC’-B’C’,根据“三角形任意两边之差小于第三边”知AC’-B’C’
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