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利用平移变换进行造桥选址,是平移变换的一个重要应用.下面就课本中的一道习题,加以拓展探究,探索其一般规律.
1.原题再现
如图1,A和B两地在一条河的两岸,现要在河上造一座桥MN.桥造在何处才能使从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)(人教版数学七年级下册31页第7题)
解析:由于河岸宽度是固定的,造的桥要与河垂直,因此路径AMNB中的MN的长度是固定的.
我们可以将点A沿与河垂直的方向平移MN的距离到A1,那么为了使AMNB最短,只需A1B最短.根据“两点之间,线段最短”,连接A1B,交河岸于点N,在此处造桥MN,所得路径AMNB就是最短路径.如图2.
证明:如图3,如果在不同于MN的位置造桥M1N1.由于M1N1=MN=AA1,根据“两点之间,线段最短”可知,A1N1+N1B>A1N+NB.所以,路径AMNB要短于AM1N1B.
2.拓展应用
拓展1:如图4,如果A、B两地之间有两条平行的河,要建的桥都是与河岸垂直的.我们如何找到这个最短的距离呢?
方法1:仿照上例,如图5,可以将点A沿与河垂直的方向平移一个和两个河宽分别到A1、A2,路径中两座桥的长度是固定的.为了使路径最短,只要A2B最短.连接A2B,交河流2河岸于N,在此处造桥MN;连接A1M,交河流1河岸于P,在此处造桥PQ.所得路径AQPMNB最短.
方法2:此题还可以用以下方法来确定建桥位置.
如图6,将点A沿与第一条河流垂直的方向平移一个河宽到A1,将B沿与第二条河垂直的方向平移一个河宽到B1,连接A1B1与两条河分别相交于M、P,在M、P两处,分别建桥MN、PQ,所得路径AQPMNB最短.
拓展2:如图7,如果A、B之间有三条平行的河流呢?
方法1:仿照拓展1的方法,将点A沿与河垂直的方向平移一个、两个、三个河宽分别到A1、A2、A3,路径中三座桥的长度是固定的.为了使路径最短,只要A3B最短.
连接A3B,交河流3于N,在此处造桥MN;连接A2M,交河流2于P,在此处造桥PQ;连接A1Q,交河流1于R,在此处造桥RS.所得路径ASRQPMNB最短.
方法2:此处还可以先将A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个和两个河宽分别到A1、A2,再将B沿与河流3河岸垂直的方向平移一个河宽到B1;或先将A沿与河岸垂直的方向平移一个河宽到A1,再将B沿与河岸垂直的方向平移一个和两个河宽分别到B1、B2,来选择造桥位置.(请同学们自己画出图形.)
拓展3:如图9,如果在上述条件不变的情况下,两条河不平行,又该如何建桥?
方法1:如图10,先将点A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个河宽到A1,再沿与河流2河岸垂直的方向平移一个河宽到A2,连接A2B,交河流2的河岸于N,在此处建桥MN;连接A1M,交河流1于P,在此处建桥PQ.所得路径AQPMNB最短.
方法2:也可以将A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个河宽,得到A1,再将B沿与河流2河岸垂直的方向平移一个河宽得到B1,连接A1B1与河流1、河流2分别相交于P、N,分别建桥PQ、MN.所得路径AQPNMB最短.
由以上拓展,我们不难体会到,要使造桥选址问题中所得到的路径最短,就是要通过平移变换,使除桥长不变外所得到的其他路径经平移后在一条直线上.
1.原题再现
如图1,A和B两地在一条河的两岸,现要在河上造一座桥MN.桥造在何处才能使从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)(人教版数学七年级下册31页第7题)
解析:由于河岸宽度是固定的,造的桥要与河垂直,因此路径AMNB中的MN的长度是固定的.
我们可以将点A沿与河垂直的方向平移MN的距离到A1,那么为了使AMNB最短,只需A1B最短.根据“两点之间,线段最短”,连接A1B,交河岸于点N,在此处造桥MN,所得路径AMNB就是最短路径.如图2.
证明:如图3,如果在不同于MN的位置造桥M1N1.由于M1N1=MN=AA1,根据“两点之间,线段最短”可知,A1N1+N1B>A1N+NB.所以,路径AMNB要短于AM1N1B.
2.拓展应用
拓展1:如图4,如果A、B两地之间有两条平行的河,要建的桥都是与河岸垂直的.我们如何找到这个最短的距离呢?
方法1:仿照上例,如图5,可以将点A沿与河垂直的方向平移一个和两个河宽分别到A1、A2,路径中两座桥的长度是固定的.为了使路径最短,只要A2B最短.连接A2B,交河流2河岸于N,在此处造桥MN;连接A1M,交河流1河岸于P,在此处造桥PQ.所得路径AQPMNB最短.
方法2:此题还可以用以下方法来确定建桥位置.
如图6,将点A沿与第一条河流垂直的方向平移一个河宽到A1,将B沿与第二条河垂直的方向平移一个河宽到B1,连接A1B1与两条河分别相交于M、P,在M、P两处,分别建桥MN、PQ,所得路径AQPMNB最短.
拓展2:如图7,如果A、B之间有三条平行的河流呢?
方法1:仿照拓展1的方法,将点A沿与河垂直的方向平移一个、两个、三个河宽分别到A1、A2、A3,路径中三座桥的长度是固定的.为了使路径最短,只要A3B最短.
连接A3B,交河流3于N,在此处造桥MN;连接A2M,交河流2于P,在此处造桥PQ;连接A1Q,交河流1于R,在此处造桥RS.所得路径ASRQPMNB最短.
方法2:此处还可以先将A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个和两个河宽分别到A1、A2,再将B沿与河流3河岸垂直的方向平移一个河宽到B1;或先将A沿与河岸垂直的方向平移一个河宽到A1,再将B沿与河岸垂直的方向平移一个和两个河宽分别到B1、B2,来选择造桥位置.(请同学们自己画出图形.)
拓展3:如图9,如果在上述条件不变的情况下,两条河不平行,又该如何建桥?
方法1:如图10,先将点A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个河宽到A1,再沿与河流2河岸垂直的方向平移一个河宽到A2,连接A2B,交河流2的河岸于N,在此处建桥MN;连接A1M,交河流1于P,在此处建桥PQ.所得路径AQPMNB最短.
方法2:也可以将A沿与河流1河岸垂直的方向平移一个河宽,得到A1,再将B沿与河流2河岸垂直的方向平移一个河宽得到B1,连接A1B1与河流1、河流2分别相交于P、N,分别建桥PQ、MN.所得路径AQPNMB最短.
由以上拓展,我们不难体会到,要使造桥选址问题中所得到的路径最短,就是要通过平移变换,使除桥长不变外所得到的其他路径经平移后在一条直线上.