8年级上册人教版数学 13.4课题学习最短路径问题第2课时 逐字稿-2,463字

  师:同学们,大家好。本节课我们来学习最短路径问题的第二课时。首先,回顾上一节课的最短路径问题。如图,在直线 l 上求作点 C,A、B 是直线 l 同侧的两个定点,C 是直线 l 上一点,如何确定点 C,使得 CA + CB 最短?

  根据两点之间线段最短,可直接连接 A、B,交直线 l 于点 C,此时 CA + CB 最短。再看右边,A、B 在直线 l 同侧的情况,我们利用轴对称进行线段转化,把它变成左边两点在异侧的问题。

  具体做法是:作点 B 关于直线 l 的对称点 B′,连接 AB′交直线 l 于点 C,此时 CA + CB 最短。在这个图形中,利用轴对称将线段 CB 转化为线段 CB′,从而依据两点之间线段最短,实现 CA + CB 最短。

  这是上节课所学内容。本节课来看数学史上经典的造桥选址问题。如图,A 和 B 两地在一条河两岸,要在河上造一座桥 MN,桥建在何处可使从 A 到 B 的路径 AMNB 最短?假定河两岸是平行直线,桥要与河岸垂直。同学们,能把这个问题转化为数学问题吗?

  河两岸平行,可看成两条平行直线 a、b,A、B 两地看成两个定点,桥 MN 的位置待确定。先在河上任选位置造桥 MN,连接 AM、BM,从 A 到 B 的路径为 AM + MN + BM。折线 AMNB 在什么情况下最短呢?解决关键在于桥 MN 建在哪里,确定点 N 的位置是关键。那么,当点 N 在直线 b 上什么位置时,AM + MN + MB 最小呢?

  AM + MN + MB 是三条线段和最小,而上节课研究的是两条线段和最小。该如何转化呢?在这个图形中,MN 垂直于河两岸,且两平行线 a、b 间距离相等,MN 不管在什么位置,长度不变,而 AM + BM 长度改变。所以,当 AM + BM 最小时,AM + MN + MB 就最小,这样就把问题转化为求 AM + BM 最小。

  求 AM + BM 最小,类似前面学过的 A、B 在直线两侧,在直线 l 上求作点 C 使 CA + CB 最短的问题,直接连接 AB 交直线于一点,该点就是点 C。但上面图形中 AM、BN 与两条直线交于两个点,与之前交于一个点不同,此时怎么转化图形呢?

  可将线段 AM 向下平移,使 AM 平移到 AN′上,利用两点之间线段最短确定点 N 的位置。

  梳理一下,将点 A 沿着河岸垂直方向向下平移到 A′,使 A′与 A 的距离等于河宽,此时 A′N = MN,AM = A′M。问题就转化为当点 N 在直线 b 上什么位置时,A′M + MB 最小。利用两点之间线段最短的原理确定点 N 的位置。

  具体做法如下:第一步,将点 A 向河岸垂直方向平移到 A′点,设 A′与 A 的距离等于河宽;第二步,连接 A′B 交直线 b 于点 N,过点 N 作 NM 垂直于直线 a,此时路径 AM + MN + BM 最短。

  回顾一下转化过程,先明确要找桥 MN 的位置,使 AM + MN + BM 最短。因为 MN 垂直河岸且河宽是定值,所以把求 AM + MN + BM 的最小值转化为求 AM + BN 的最小值,这是第一次转化。接着,通过平移将 AM 平移到 A′M,再次利用两点之间线段最短确定点 N 的位置,当确定点 N 位置,也就知道了造桥位置,使折线 AMNB 最短。

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