勾股定理:幾何最短路徑問題

2020-12-15 五分鐘學數學

最短路線問題通常是以「平面內連結兩點的線中,線段最短」為原則引申出來的.人們在生產、生活實踐中,常常遇到帶有某種限制條件的最近路線即最短路線問題.

對於數學中的最短路線問題可以分為兩大類:第一類為在同一平面內;第二類為空間幾何體中的最短路線問題,對於平面內的最短路線問題可先畫出方案圖,然後確定最短距離及路徑圖。對於幾何題內問題的關鍵是將立體圖形轉化為平面問題求解,然後構造直角三角形,利用勾股定理求解.

方法總結:①解決立體圖形中最短距離問題的關鍵是把立體圖形平面化,即把立體圖形沿著某一條線展開,轉化為平面問題後,藉助「兩點之間,線段最短」或「垂線段最短」,進而構造直角三角形,藉助勾股定理求解.

②平面圖形的最短路徑通常是作軸對稱變換,轉化為「兩點之間線段最短」的模型來解決問題.

常見的有圓柱體的展開、長方體的展開、樓梯的展開、繞繩的展開等等,下面我們就通過一些典型的例題對這些問題逐一講解.

例題1:如圖有一圓柱體如圖,高8cm,底面半徑5cmA處有一螞蟻,若螞蟻欲爬行到C處,求螞蟻爬行的最短距離________.(π取3)

例題2:如圖是一個三級臺階,它的每一級的長寬和高分別為20、3、2,A和B是這個臺階兩個相對的端點,A點有一隻螞蟻,想到B點去吃可口的食物,則螞蟻沿著臺階面爬到B點最短路程是_______.

【點睛】本題用到臺階的平面展開圖,只要根據題意判斷出長方形的長和寬,並藉助勾股定理即可解答.

例題3:如圖等邊△ABC的邊長為6,AD是BC邊上的中線,M是AD上的動點,E是AB邊上一點,若AE=2,求EM+BM的最小值.

例題4:如圖一隻螞蟻沿著圖示的路線從圓柱高AA1的端點A到達A1,若圓柱底面半徑為6/π,高為5,則螞蟻爬行的最短距離為__________.

【答案】13.

【解析】因為圓柱底面圓的周長為2π×6/π=12,高為5,

所以將側面展開為一長為12,寬為5的矩形,

根據勾股定理,求得展開後矩形的對角線長為13.

即螞蟻爬行的最短距離為13.

故答案為:13.

例題5:如圖在△ABC中,∠C=90°,∠BAC=30°,AB=,AD平分∠BAC,點P、Q分別是AB、AD邊上的動點,則PQ+BQ的最小值是 ________.

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