轴对称与最短路径问题
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轴对称-最短路线问题
能量储备
求直线同侧的两点到直线上一点距离的和最小的问题,只要找到其中一个点关于这条直线的对称点,连接对称点与另一个点,所得线段与该直线的交点即为所求的位置.
另两种常见的最短路径问题 问题
在射线OA、OB上分别求点M、N,使三角形PMN周长最小
在射线OA、OB上分别求点M、N,使四边形PMNQ周长最小
作法 分别作点P关于两射线的对称点P′,P″,连接P′P″,与两射线交点即为M,N 分别作点P,Q关于两射线的对称点P′,Q′,连接P′Q′,与两射的交点即为M,N
图形
原理 PM+MN+PN=P′P″,两点之间,线段最短 PQ+PM+MN+NQ=PQ+P′Q′,两点之间
通关宝典
★ 基础方法点
方法点1.解决最短路径的选址问题
例1:如图所示,邮递员小王的家在两条公路OM和ON相交成的角(∠MON)的内部A处,小王每天都要到开往OM方向的车上取下快件,然后再送到开往ON方向的车上,这样他就可以回家了,为使小王每天接送快件时的行程最短,请帮助他找出在公路OM和ON上的等车地点.(画出草图,保留作图痕迹)
解:如图所示,分别作点A关于射线OM所在直线的对称点E,点A关于射线ON所在直线的对称点F,连接EF,分别交射线OM,ON于点B,C,连接AB,AC,根据轴对称的性质得AB=EB, AC=FC,此时△ABC的周长最小,则B处,C处分别为小王在公路OM和ON上的等车地点.
★★ 易混易误点
1. 忽略题意要求而导致作图错误
例1:如图所示,A,B两点在直线l的异侧,在l上找一点C,使点C到点A、点B的距离之差最大.
解:如图所示,A,B两点在直线l的异侧,在l上找一点C,使点C到点A、点B的距离之差最大.
理由:在直线l上任取一点C′(异于点C),连接CA,C′A,C′A′,C′B.因为点A,A′关于直线l对称,所以l为线段AA′的垂直平分线,则有CA=CA′,所以CA-CB=CA′-CB=A′B.又因为点C′在l上,所以C′A=C′A′.
第一章 平移、对称与旋转
第 4 讲 利用轴对称破解最短路径问题
一、学习目标
1. 理解“直线上同一侧两点与此直线上一动点距离和最小”问题通过轴对称的性质与 作图转化为“两点之间,线段最短”问题求解。
2. 能将实际问题或几何问题(对称背景图)中有关最短路径(线段之差最大值)问题借 助轴对称转化为两点之间,线段最短问题分析与求解。
二、 基础知识•轻松学
与轴对称有关的最短路径问题 关于最短距离,我们有下面几个相应的结论:
( 1)在连接两点的所有线中,线段最短(两点之间,线段最短) ;
(2)三角形的两边之和大于第三边,两边之差小于第三边;
( 3)在三角形中,大角对大边,小角对小边。
(4)垂直平分线上的点到线段两端点的距离相等;
【精讲 】一般说来,线段和最短的问题,往往把几条线段连接成一条线段,利用“两点 之间线段最短” 或者 “三角形两边之和大于第三边”加以证明,关键是找相关点关于直线的 对称点实现“折”转“直” 。另外,在平移线段的时候,一般要用到平行四边形的判定和性 质。(判定: 如果一个四边形的一组对边平行且相等,那么这个四边形是平行四边形;性质: 平行四边形的对边相等。 )
三、 重难疑点•轻松破
最短路径问题
在平面图形中要解决最短路径问题, 自然离不开构建与转化“两点之间,线段最短”的 数学公理, 通常将涉及到的两点中的任一点作出关于直线的对称点, 从而运用两点之间, 线 段最短解决实际问题.在日常生活、工作中,经常会遇到有关行程路线的问题。 “最短路 径问题”的原型来自于“饮马问题” 、“造桥选址问题” ,出题通常以直线、角、等腰(边) 三角形、长方形、正方形、坐标轴等对称图形为背景。
(1)“一线同侧两点”问题
例1如图,点A B在直线m的同侧,点B'是点B关于m的对称点,AB'交m于点P.
(1) AB与AP+PB相等吗为什么
(2) 在m上再取一点 N,并连接 AN与NB比较 AN+N有 AP+PB的大小,并说明理由.
轴对称最短路径问题7种类型
轴对称最短路径问题是一种经典的计算几何问题,其目标是在给定图形中找到从起点到终点的最短路径。根据不同的条件和限制,轴对称最短路径问题可以分为以下七种类型:
1.
简单轴对称最短路径问题:给定一个轴对称图形,起点和终点分别位于对称轴的两侧,求最短路径。
2.
带有障碍物的轴对称最短路径问题:在轴对称图形中存在一些障碍物,起点和终点在障碍物两侧,求最短路径。
3.
多个起点和终点的轴对称最短路径问题:给定多个起点和终点,每个起点和终点都在对称轴的两侧,求所有起点到所有终点的最短路径。
4.
带有权值的轴对称最短路径问题:在轴对称图形中,不同的点或边具有不同的权值,求起点到终点的最短路径。 5.
动态规划解决轴对称最短路径问题:使用动态规划算法解决轴对称最短路径问题,将问题分解为子问题,逐步求解。
6. A*搜索算法解决轴对称最短路径问题:使用A*搜索算法,通过估价函数指导搜索方向,加速求解速度。
7.
双向搜索解决轴对称最短路径问题:从起点和终点同时进行搜索,通过比较两个方向的搜索结果得到最短路径。
以上七种类型是轴对称最短路径问题的常见分类,每种类型都有其特定的解决方法,需要根据具体问题的特点选择合适的方法进行求解。
初二数学上册:利用轴对称求解最短路径问题
一、知识重点
1、最短路径问题
(1)求直线异侧的两点与直线上一点所连线段的和最小的问题,只要连接这两点,与直线的交点即为所求.
(2)求直线同侧的两点与直线上一点所连线段的和最小的问题,只要找到其中一个点关于这条直线的对称点,连接对称点与另一个点,则与该直线的交点即为所求.
2、运用轴对称解决距离最短问题
运用轴对称及两点之间线段最短的性质,将所求线段之和转化为一条线段的长,是解决距离之和最小问题的基本思路,不论题目如何变化,运用时要抓住直线同旁有两点,这两点到直线上某点的距离和最小这个核心,所有作法都相同.
3、利用平移确定最短路径选址
解决连接河两岸的两个点的最短路径问题时,可以通过平移河岸的方法使河的宽度变为零,转化为求直线异侧的两点到直线上一点所连线段的和最小的问题.
二、经典例子解析
【例一】有两棵树位置如图,树脚分别为A,B.地上有一只昆虫沿A—B的路径在地面上爬行.小树顶D处一只小鸟想飞下来抓住小虫后,再飞到大树的树顶C处,问小鸟飞至AB之间何处时,飞行距离最短,在图中画出该点的位置.
解:如图,作D关于AB的对称点D′,连接CD′交AB于点E,则点E就是所求的点.
【例二】如图所示,点A,B分别是直线l异侧的两个点,在l上找一个点C,使CA+CB最短,这时点C是直线l与AB的交点
解:如图,
【例三】如图所示,点A,B分别是直线l同侧的两个点,在l上找一个点C,使CA+CB最短。
解:先作点B关于直线l的对称点B′,则点C是直线l与AB′的交点.
为了证明点C的位置即为所求,我们不妨在直线上另外任取一点C′,连接AC′,BC′,B′C′,
证明AC+CB<AC′+C′B.
如下:
证明:由作图可知,点B和B′关于直线l对称,
所以直线l是线段BB′的垂直平分线.
因为点C与C′在直线l上,
所以BC=B′C,BC′=B′C′.
在△AB′C′中,AB′<AC′+B′C′,