师:同学们,大家好。今天我们一起学习第十三章第四节的最短路径问题,这部分内容分两课时,第一课时就是今天要学的。下面看一道复习题。如图,从点A到点B有4条路线可选,哪一条最近呢?观察图形,第一条、第二条、第四条路线都是弯曲的,只有第三条是直线,所以答案是第三条。理由是两点的所有连线中,线段最短,这是我们七年级上学期第四章学的基本事实。
接着看第二道复习题。如图,点A是直线l外一点,点A到直线l的所有路线中,哪一条最短?观察图形,其中第二条垂直于直线l 。答案是第二条,理由是连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短,这是七年级第五章学的基本事实。
再看第三道复习题。如图,直线l是线段AB的垂直平分线,点C是直线l上任意一点,那么线段AC和BC的数量关系是什么?因为l是线段AB的垂直平分线,所以AC等于BC,依据是线段垂直平分线上的点到线段两端点的距离相等。观察图形还能发现,点A和点B关于直线l成轴对称,那么对称轴上任一点到A点和B点的距离均相等。同学们,刚刚复习的两个基本事实“两点之间线段最短”“垂线段最短”以及线段垂直平分线的性质,都是解决最短路径问题的重要依据。下面我们探究数学史上著名的将军饮马问题。古希腊有位学者海伦,一天,一位将军向他求教一个问题:牧马人从A地出发,到一条笔直的河边l饮马,然后到B地,牧马人到河边的什么地方饮马,可使所走的路径最短?海伦利用轴对称知识回答了这个问题,后来被称为将军饮马问题。
今天我们也来探究这个问题,这是实际问题,如何抽象为数学问题呢?同学们看,我们把A地和B地抽象为两个定点,把笔直的河边l抽象为一条直线,牧马人到河边饮马的地点记为点C 。因为饮马地点不确定,所以C点是直线l上的动点,C点到点A和点B的线段之和,就是牧马人从A地到C地再到B地的路径之和。现在问题是,如何找到直线l上点C的位置,使CA + CB最短。这样就把实际问题抽象为:如图,点A、B在直线l的同侧,点C是直线l上的动点,当点C在l的什么位置时,AC与CB的和最小?也就是在直线l上求作一点C,使AC + BC最短。这个问题乍看有点难,我们先解决另一个问题。
如图,点A、B在直线l的异侧,点C是直线l上的动点,当点C在l的什么位置时,AC与CB的和最小?同学们思考一下。当点A、点C、点B三点共线时,CA与CB的和最小。所以连接AB交直线l于点C ,则点C就是所求的点,依据是两点之间线段最短。
我们完成了问题2的解答,能否类比它的解题思路解决问题1呢?对比这两个问题,除了A、B与直线l的位置关系不同,其余条件都相同。能不能将问题1的同侧点转化为问题2的异侧点呢?又该如何转化?如果能把B点移到直线l的另一侧,记为B'点,且满足直线l上任意点到B点和B'点的距离相等,就能实现线段转移。这时候可以利用轴对称知识,作B点关于直线l的对称点B'点,连接AB'与直线l交于一点,记为C ,则AC + BC最短。同学们,根据老师的思路,请在稿纸上规范作图,并写出做法。
如图,A、B两点在直线l的同侧,在直线l上找到一点C,使得AC + BC最短。第一步,作点B关于直线l的对称点B'点;第二步,连接AB'交直线l于点C,则点C即为所求。同学们注意,刚刚作的是点B关于直线l的对称点B'点,那可以作点A关于l的对称点A'点吗?看老师作图。作A点关于直线l的对称点A'点,连接A'B与直线l的交点和刚才的点C重合,这说明在直线l上只存在一点C,使得AC + BC最短。
