13.4 课题学习最短路径问题
教学目标
1.了解将军饮马及造桥选址两个常见类型.
2.会解答将军饮马及造桥选址中的最短路径问题.
3.能初步应用将军饮马及造桥选址两个常见类型完成类似题目.
教学重点难点
1.将实际问题抽象为数学问题.
2.解答最短路径问题.
课时安排
2课时.
教案A、B
第1课时
教学内容
将军饮马.
教学过程
一、导入新课
问题1 如下图,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?
二、探究新知
1.将实际问题抽象为数学问题
师生活动:学生尝试回答,并相互补充,最后达成共识.
(1)把A、B两地抽象为两个点;
(2)把河边l近似地看成一条直线(下图),C为直线l上的一个动点,那么,上面的问题可以转化为:当点C在l的什么位置时,AC与CB的和最小.2.尝试解决数学问题
(1)由这个问题,我们可以联想到下面的问题:如图,点A,B分别是直线l异侧的两个点,如何在l上找到一个点,使得这个点到点A、点B的距离的和最短?
利用已经学过的知识,可以很容易地解决上面的问题,即:连接AB,与直线l相交于一点,根据“两点之间,线段最短”,可知这个交点即为所求.
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(2)现在要解决的问题是:点A,B分别是直线l同侧的两个点,如何在l上找到一个点,使得这个点到点A、点B的距离的和最短?
(3)如何能把点B移到l的另一侧B′处,同时对直线l上的任一点C,都保持CB 与CB′的长度相等,就可以把问题转化为“上图”的情况,从而使新问题得到解决.(4)你能利用轴对称的有关知识,找到符合条件的点B′吗?
学生独立思考后,尝试画图,完成问题.小组交流,师生共同补充得出:
作出点B关于l 的对称点B′,利用轴对称的性质,可以得到CB′=CB(下右图).连接AB′,则AB′与l 的交点即为所求.
3.证明“最短”
师生共同分析,合作证明“AC+BC”最短.
证明:如上右图,在直线l上的任一点C′(与点C不重合),连接AC′,BC′,B′C′,由轴对称的性质知:BC=B′C,BC′=B′C′.
∴AC+BC=AC+B′C=AB′,AC′+BC′=AC′+B′C′.
在△AB′C′中,AB′<AC′+B′C′,
∴AC+BC<AC′+BC′.
即AC+BC最短.
提问:证明AC+BC最短时,为什么要在直线l上任取一点C′(与点C不重合),证明AC+BC<AC′+BC′?这里“C′”的作用是什么?
学生相互交流,教师适时点拨,最后达成共识.
三、巩固练习
已知P是△ABC的边BC上的点,你能在AB、AC上分别确定一点Q和R,使△PQR 的周长最短吗?
学生独立完成,必要时教师点拨指导.
四、课堂小结
总结用数学解决实际问题的步骤.
第2课时
教学内容
造桥选址.
教学过程
一、导入新课
造桥选址问题:如下图,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.)
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二、探究新知
1.将实际问题抽象为数学问题
把河的两岸看成两条平行线a和b(下图),N为直线b上的一个动点,MN垂直于直线b,交直线a于点M,这样,上面的问题可以转化为下面的问题:当点N在直线b的什么位置时,AM+MN+NB最小?
2.尝试解决数学问题
(1)由于河岸宽度是固定的,因此当AM+NB最小时,AM+MN+NB最小.这样,问题就进一步转化为:当点N在直线b的什么位置时,AM+NB最小?
(2)如下左图,将AM沿与河岸垂直的方向平移,点M移动到点N,点A移动到点A′,则AA′=MN,AM+NB=A′N+NB.这样,问题就转化为:当点N在直线b的什么位置时,A′N+NB最小?
(3)如上右图,在连接A′,B两点的线中,线段A′B最短.因此,线段A′B与直线b的交点N的位置即为所求.
3.证明“最小”
为了证明点N的位置即为所求,我们不妨在直线b上另外任意取一点N′,过点N′作N′M′⊥a,垂足为M′,连接AM′,A′N′,N′B,证明AM+MN+NB<AM′+M′N′+N′B.你能完成这个证明吗?
证明:如上右图,在△A′N′B中,
∵A′B<A′N′+BN′,
∴A′N+BN+MN<AM′+BN′+M′N′.
∴AM+MN+BN<AM′+M′N′+BN′.
即AM+MN+BN最小.
三、课堂小结
归纳:在解决最短路径问题时,我们通常利用轴对称、平移等变化把已知问题转化为容易解决的问题,从而作出最短路径的选择.
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