内容正文:
综合与实践 最短路径问题课时
制作人:毛俊飚
课前准备:课本、练习册、红笔、黑笔、草稿纸
核心素养
1.能利用轴对称解决简单的最短路径问题。
2.通过轴对称变换、平移变换等转化,体会图形的变化在解决最值问题中的作用,感悟转化思想。
1.如图,连接A、B两点的所有连线中,哪条最短?
为什么?
②最短,因为两点之间,线段最短
2.如图,点P是直线l外一点,点P与该直线l上各点连接的所有线段中,哪条最短?为什么?
PC最短,因为垂线段最短
P
l
A
B
C
D
复习引入
活动1 自主学习
解:
解:
3.在我们前面的学习中,还有哪些涉及比较线段大小
的基本事实?
三角形三边关系:
两边之和大于第三边;
斜边大于直角边.
4.如图,如何做点A关于直线l的对称点?
A
l
A ′
解:
A
B
C
复习引入
“两点的所有连线中,线段最短”“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短”等的问题,我们称之为最短路径问题.
现实生活中经常涉及到选择最短路径问题,本节将利用数学知识探究数学史的著名的“将军饮马问题”.
探究新知
活动2 创设情境
探究新知
活动2 创设情境
将军饮马问题
将军饮马问题最早源于古罗马时代,海伦是亚历山大城精通数学和物理学的学者,一天,一位罗马将军专程去拜访他,向他请教一个令他百思不得其解的问题:……
海伦运用他的数学知识,略加思考,就给出了将军满意的答复,从此将军饮马问题广泛流传。
将军从军营出发,到一条笔直的河边饮马,然后到帐篷休息,将军到河边的什么地方饮马,可使所走的路径最短?
C
抽象成
A
B
l
数学问题
作图问题:在直线l上求作一点C,使AC+BC最短问题.
活动3 实际问题转化为数学问题
实际问题
A
B
l
合作交流
问题1:如图,点A、B是直线l异侧两点,点P是直线l上的一个动点,当点P在直线l的什么位置时,AP+PB的和最小?
作法:
连接AB,与直线l交于点P,
点P即为所求。
依据:
两点之间,线段最短。
A
l
B
P
P'
模型一:一定直线,异侧两定点
(一 )
合作交流
冬季来临,天气变冷,将军心疼自己的汗血宝马,不忍心让马从冰水中渡过,于是将帐篷搬到河同侧B点,又应该如何解决?
抽象成
作图问题:在直线l上求作一点C,使AC+BC最短问题.
实际问题
A
B
l
合作交流
C
A
B
l
数学问题
(2)连接A′B,与直线l相交于点P.
作法
(1)作点A 关于直线l 的对称点A′;
则点P 即为所求.
l
P
A'
能不能作出B点的对称点B',连接AB',与l还交于P点吗?
B'
B
A
模型二:一定直线,同侧两定点
问题2:如图,点A、B是直线l同侧两点,点P是直线l上的一个动点,当点P在直线l的什么位置时,AP+PB的和最小?
合作交流
【问题3】你能用所学的知识证明AC +BC最短吗?
l
A
C'
C
B
A'
证明:如图,在直线l 上任取一点C′(与点C 不重合)
连接AC′,BC′,A′C′.由垂直平分线的性质知:
AC= , AC′=
∴AC +BC= =
AC′+BC′=
在△A′BC′中,
A′C′+BC′>
∴AC′+BC′>
即:AC +BC 最短
A′C
A′C′
A'C +BC
A′B
A′C′+BC′
A′B
AC +BC
合作交流
l
P
A'
B
A
同侧转化异侧
两定点在同侧
实际问题
抽象为数学问题
通过轴对称把同侧点转为异侧点
利用“两点之间,线段最短”化折为直
确定位置
两定点在异侧
A
l
B
P
归纳总结
草地
河流
P
将军从军营A出发,先到草地边某一处牧马,再到河边饮马,然后回到军营,请画出最短路径。
作图问题:在直线OA'OB上求作一点M、N,
使PM+MN+PN最短问题.
合作交流
P′
P′′
●
M
N
∟
∟
问题4:点P是∠AOB内部一点,在OA上找一点M,在OB上找一点N, 使得△PMN周长最小。
●
模型三:两定直线,一定点
合作交流
草地
河流
P
将军从军营A出发,先到草地边某一处牧马,再到河边饮马,然后回到军营,请画出最短路径。
作图问题:在直线OA、OB上求作一点M、N,
使PM+PN最短问题.
合作交流
P′
M
N
∟
∟
问题5:点P是∠AOB内部一点,在OA上找一点M,在OB上找一点N, 使得△PMN周长最小。
●
模型三:两定直线,一定点
合作交流
●
P
Q
将军从军营出发,先到草地边某一处牧马,再到河边饮马,然后回到帐篷休息,请画出最短路径。
M
N
O
P
Q
抽象成
拓展延伸
草地
河流
问题6:如图,点P,Q为∠MON内的两点,分别在OM,ON上作点A,B.使四边形PAQB的周长最小.
M
N
O
Q1
P1
A
B
P
Q
拓展延伸
模型三:两定直线,两定点
M
N
O
P
Q
一定直线,异侧两定点
连接AB,与直线l的交于点P,点P即为所求.
一定直线,同侧两定点
作点A关于直线l的对称点A',连接A'B,与直线l交于点P,点P即为所求.
两定直线两定点
分别作点P关于OM的对称点P1;作点Q关于ON的对称点Q1,连接P1、Q1与OM,ON,相交于A、B两点,点A、B即为所求
转化
轴对称
应用
归纳总结
问题引入(造桥选址问题)
如图,A和B两地在一条河的两岸,现在在河上建一座桥MN,桥建在何处可使从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)
拓展延伸
问题转化(几何模型): (两定点一定长)
A ●
B ●
C
M ●
● N
思考:路径是哪些线段之和,桥的位置发生改变时路径中哪些线段的长不变?
方法指引:(1)过点A作AC垂直于河岸a,使AC等于河宽 (或沿与河岸垂直的方向平移点A到C,使AC的长等于河宽)(2)连接BC与河岸的一边b交于点N,(3)过点N作河岸a的垂线交a于点M,MN即为所求。
a
b
(留给学生足够的时间思考讨论后师生共同完成作图过程)
证明引导:
A.
B.
C
N
N ′
M ′
∟
思路引导:在直线b上另取一点N ′,过点N ′作N ′M ′ ⊥A,垂足为M ′ ,连接A M ′ ,C N ′ N ′B,证明AM+MN+NB < A M ′ + M ′ N ′+ N ′B.(两点之间线段最短)
b
a
1.如图30-4,要在街道l旁修建一个牛奶站,向居民区A,B提供牛奶,牛奶站应建在什么地方,才能使A,B到它的距离之和最短?
解:如答图30-4,作点A关于直线l的对称点A′,
连接A′B交直线l于
点M,则点M即为所求.
精讲多练
2.如图30-5,在10×10的正方形网格中,每个小正方形的边长都为1,网格中有一个格点△ABC(即三角形的顶点都在格点上).在直线l上找一点P,使得PA+PB的和最小.
解:如图所示,作点A关于直线l的对称点A′,连接A′B与直线l交于点P,则P点即为所求,此时PA+PB的和最小.
A′
P
精讲多练
3.如图,在等边三角形 ABC 中, AD是边BC上的高,E为AC的中点,P为AD上一动点.若AD=12,则PC+PE的最小值为( )
4.如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,∠A=30°,点N 在边 BC上,且BN=6,点M,P分别是边 AB, AC上的动点,当PM+PN最小时, BM=5, 则AB的长为( )
5. P是∠AOB内部的一点,连接OP,已知OP=9cm,
∠AOB=30°,一只小蚂蚁从点P出发爬到边OA上任意一点E,再爬到边 OB 上任意一点F, 然后爬回点P处,则小蚂蚁爬行的路径最短为( )
谢 谢!
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