勾股定理與最短路徑問題
最短路徑問題的核心理論是:兩點之間線段最短,但在不同情形中,會以不同的方式出現,也就會涉及到不同的思路和方法,比如在【幾何模型】“將軍飲馬”問題——作一首小詩這一講中,主要利用到"兩點之間線段最短"和"三角形兩邊之和大於第三邊"(三角形的三邊關係本質上還是"兩點之間線段最短"),而這一講,我們主要涉及到立體圖形的最短路徑問題。
一、立體圖形的最短路徑問題的解決思路
對於立體圖形的最短路徑問題,我們一般是利用"橫切"或"展開"等手段,將其轉換到平面圖形中解決,而這種情形不免會在直角三角形中解決,也自然會和勾股定理扯上關係
二、利用"橫切",轉換成平面圖形
【例】
如圖,有一個透明的直圓柱狀的玻璃杯,現測得內徑為5cm,高為12cm,今有一隻14cm的吸管任意斜放於杯中,若不考慮吸管的粗細,則吸管露出杯口外的長度最少為多少?
(注:內徑即底面直徑)
【分析】
若使吸管露出杯口最短,自然留在杯中最長,而最長莫過於下列情況:
這樣,按照上圖將圓柱"橫切",就可以將其轉換到RT△ACB中解決,而AB可有勾股定理解得:AB=13cm,所以吸管露出杯口的最短長度AD=BD-AB=1cm
【練習題】
如圖,將一根25cm長的細木棒,放入長、寬、高分別為8cm、6cm、10cm的長方體無蓋盒子中,則細木棒露在盒外面的最短長度是多少?(保留1位小數)。
三、利用"展開",轉換成平面圖形
這類問題又可以細分為兩種情形:
直面(正方體或長方體)和曲面(圓柱),但無論直面或曲面,一般都是展開為矩形,進而利用勾股定理解決
【例】直面(正方體或長方體)
【分析】
研究在表面從點M到點C的最短路徑,可以將正方體表面局部展開:
根據“兩點之間線段最短",可知最短路徑,即為線段MC。進而,在RT△CGM中,利用勾股定理,可求MC
【練習題】
【例】曲面(圓柱)如圖,圓柱高15cm,底面半徑為8/兀cm,一螞蟻從B點爬到A點的最短路徑為多少?
【分析】
請注意:此題的易錯點是,很多同學直接連接AB,認為此時線段AB即為最短路徑。拜託,你的螞蟻會"穿牆術"嗎?
這裡是從圓柱表面爬行,即在曲面上爬行。也就是說,在"視覺上",螞蟻是按照"曲線"爬行的(實際上,還是一條直線)
儘管如此,我們仍然可以把這個圓柱表面局部展開,可得:
關鍵點:這裡的線段BC長,實際上是指上圖中,半圓BC的長度(紅色部分)
根據"兩點之間線段最短",可知最短路徑,即為線段AB。進而,在RT△ACB中,利用勾股定理,可求最短路徑AB長
【練習題】
如圖,以A點環繞油罐建梯子,使它正好落在A點的正上方B點處,問梯子最短要多少米?(已知油罐底面半徑為6/π m,AB為5m)
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