13.4课题学习 最短路径问题 课件（共37张PPT）
文档属性
| 名称 | 13.4课题学习 最短路径问题 课件（共37张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 841.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 数学 | ||
| 更新时间 | 2022-07-27 21:08:37 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
人教版七年级数学上册
13.4 课题学习 最短路径问题
1.如图，连接A，B两点的所有线中，哪条最短？为什么？
A
B
①
②
③
②最短，因为两点之间，线段最短。
2.如图，点P是直线l外一点，点P与该直线l上各点连接的所有线段中，哪条最短？为什么？
PC最短，因为垂线段最短。
P
l
A
B
C
D
导入新知
3.在以前学习过哪些有关线段大小的结论？
三角形三边关系：两边之和大于第三边；
斜边大于直角边。
4.如图，如何做点A关于直线l的对称点？
A
l
A ′
导入新知
1.能利用轴对称解决简单的最短路径问题。
2. 体会图形的变化在解决最值问题中的作用，感悟转化思想。
素养目标
“两点的所有连线中，线段最短”“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中，垂线段最短”等的问题，我们称之为最短路径问题。
A
B
①
②
③
P
l
A
B
C
D
利用对称知识解决最短路径问题
知识点 1
现实生活中经常涉及到选择最短路径问题，本节将利用数学知识探究数学史上著名的“牧马人饮马问题”及“造桥选址问题”。
探索新知
如图，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？
C
抽象成
A
B
l
数学问题
作图问题：在直线l上求作一点C,使AC+BC最短问题。
实际问题
A
B
l
探索新知
现在假设点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？
根据“两点之间，线段最短”，可知这个交点即为所求。
解：连接AB,与直线l相交于一点C.
问题1：
A
l
B
C
探索新知
如果点A,B分别是直线l同侧的两个点，又应该如何解决所走路径最短的问题？
【思考】对于问题2，如何
将点 B“移”到l 的另一侧B′
处，满足直线l 上的任意一
点C，都保持CB 与CB′的长
度相等？
A
B
l
利用轴对称，作出点B关于直线l的对称点B′。
问题2：
探索新知
作法：
（1）作点B 关于直线l 的对称点B′；
（2）连接AB′，与直线l 相交于点C。
则点C 即为所求。
A
B
l
B ′
C
探索新知
你能用所学的知识证明AC +BC最短吗？
证明：如图，在直线l 上任取一点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。
问题3：
A
B
l
B ′
C
C ′
探索新知
例1 如图，已知点D,点E分别是等边三角形ABC中BC,AB边的中点，AD=5，点F是AD边上的动点，则BF+EF的最小值为（ ）
A．7.5 B．5
C．4 D．不能确定
解析：△ABC为等边三角形，点D是BC边的中点，即点B与点C关于直线
AD对称。∵点F在AD上，故BF=CF。即BF+EF的最小值可转化为求CF+EF
的最小值，故连接CE即可，线段CE的长即为BF+EF的最小值。而CE=AD。
B
最短路径问题的应用
素养考点
探索新知
此类求线段和的最小值问题，找准对称点是关键，而后将求线段长的和转化为求某一线段的长，再根据已知条件求解。
探索新知
方法点拨
如图，直线l是一条河，P、Q是两个村庄.欲在l上的某处修建一个水泵站，向P、Q两地供水，现有如下四种铺设方案，图中实线表示铺设的管道，则所需要管道最短的是（ ）
D
P
Q
l
A.
M
P
Q
l
B.
M
P
Q
l
C.
M
P
Q
l
D.
M
巩固练习
如图，A、B是两个蓄水池，都在河流a的同侧，为了方便灌溉
作物，要在河边建一个抽水站，将河水送到 A、B两地，问该
站建在河边什么地方，可使所修的渠道最短，试在图中确定该
点（保留作图痕迹）。
解：如图，P点即为该点。
巩固练习
例2 如图，在直角坐标系中，点A，B的坐标分别为（1，4）和（3，0），点C是y轴上的一个动点，且A，B，C三点不在同一条直线上，当△ABC的周长最小时点C的坐标是（ ）
A．（0，3） B．（0，2）
C．（0，1） D．（0，0）
解析：作B点关于y轴对称点B′，连接AB′，交y轴于点C′，此时△ABC的周长最小，然后依据点A与点B′的坐标可得到BE、AE的长，然后证明△B′C′O为等腰直角三角形即可。
B′
C′
E
A
探索新知
求三角形周长的最小值，先确定动点所在的直线和固定点，而后作某一固定点关于动点所在直线的对称点，而后将其与另一固定点连线，连线与动点所在直线的交点即为三角形周长最小时动点的位置。
探索新知
方法点拨
如图，已知牧马营地在P处，每天牧马人要赶着马群先到河边饮水，再带到草地吃草，然后回到营地，请你替牧马人设计出最短的放牧路线。
解：如图AP+AB即为最短的放牧路线。
巩固练习
如图，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）？
B
A
A
B
N
M
利用平移知识解决造桥选址问题
知识点 2
探索新知
B
A
●
●
N
M
N
N
M
如图假定任选位置造桥MN，连接AM和BN，从A到B的路径是AM+MN+BN，那么怎样确定桥的位置，才能使A到B的路径最短呢？
M
探索新知
【思考】我们能否在不改变AM+MN+BN的前提下把桥转化到一侧呢？什么图形变换能帮助我们呢？
1.把A平移到岸边。
2.把B平移到岸边。
3.把桥平移到和A相连。
4.把桥平移到和B相连。
B
A
Ｍ
Ｎ
探索新知
B
A
Ｍ
Ｎ
A'
B'
1.把A平移到岸边。
AM+MN+BN长度改变了。
2.把B平移到岸边。
AM+MN+BN长度改变了。
探索新知
B
A
Ｍ
Ｎ
3.把桥平移到和A相连。
4.把桥平移到和B相连。
AM+MN+BN长度有没有改变呢？
探索新知
B
A
A1
M
N
如图，平移A到A1，使AA1等于河宽，连接A1B交河岸于N作桥MN，此时路径AM+MN+BN最短.
理由:另任作桥M1N1，连接AM1，BN1，A1N1.
Ｎ１
Ｍ１
由平移性质可知，AM＝A1N，AA1＝MN＝M1N1，AM1＝A1N1.
AM+MN+BN转化为AA1＋A1B，而AM1 +M1N1+BN1转化为AA1＋A1N1+BN1.
在△A1N1B中，因为A1N1+BN1＞A1B.
因此AM1 +M1N1+BN1 ＞ AM+MN+BN.
探索新知
A·
B
M
N
E
C
D
证明：由平移的性质，得 BN∥EM 且BN=EM, MN=CD, BD∥CE, BD=CE,所以A到B的路径长为
AM+MN+BN=AM+MN+EM=AE+MN,
若桥的位置建在CD处，连接AC,CD,DB,CE,则A到B的路径长为AC+CD+DB=AC+CD+CE=AC+CE+MN,
在△ACE中，∵AC+CE＞AE,
∴AC+CE+MN＞AE+MN,
即AC+CD+DB ＞AM+MN+BN，
故桥的位置建在MN处，A到B的路径最短.
探索新知
解决最短路径问题的方法
在解决最短路径问题时，我们通常利用轴对称、平移等变换把未知问题转化为已解决的问题，从而作出最短路径的选择.
探索新知
方法点拨
牧马人从A地出发，先到草地边某一处牧马，再到河边饮马，然后回到B处，请画出最短路径。
A
B
P
Q
.
.
.
.
巩固练习
如图，在正方形ABCD中，E，F分别为AD，BC的中点，P为对角线BD上的一个动点，则下列线段的长等于AP+EP最小值的是（ ）
A．AB B．DE C．BD D．AF
解析：如图，连接CP，由AD=CD，∠ADP=∠CDP=45°，
DP=DP，可得△ADP≌△CDP，∴AP=CP，∴AP+PE=CP+PE，
∴当点E，P，C在同一直线上时，AP+PE的最小值为CE长，
此时，由AB=CD，∠ABF=∠CDE，BF=DE，
可得△ABF≌△CDE，
∴AF=CE，
∴AP+EP最小值等于线段AF的长。
D
连接中考
1.如图，直线m同侧有A、B两点，A、A′关于直线m对称，A、B关于直线n对称，直线m与A′B和n分别交于P、Q，下面的说法正确的是（ ）
A．P是m上到A、B距离之和最短的点，
Q是m上到A、B距离相等的点。
B．Q是m上到A、B距离之和最短的点，
P是m上到A、B距离相等的点。
C．P、Q都是m上到A、B距离之和最短的点.
D．P、Q都是m上到A、B距离相等的点。
A
.
课堂检测
2.如图，∠AOB=30°，∠AOB内有一定点P，且OP=10．在 OA
上有一点Q，OB上有一点R．若△PQR周长最小，则最小周长是（ ）
A．10 B．15
C．20 D．30
A
课堂检测
3.如图，牧童在A处放马，其家在B处，A、B到河岸的距离分
别为AC和BD，且AC=BD,若点A到河岸CD的中点的距离为500
米，则牧童从A处把马牵到河边饮水再回家，所走的最短距
离是 米。
A
C
B
D
河
1000
课堂检测
4.如图，边长为1的正方形组成的网格中，△AOB的顶点均在格点上，点A，B的坐标分别是A（3，2），B（1，3）。点P在x轴上，当PA+PB的值最小时，在图中画出点P。
x
y
O
B
A
B'
P
解析：作出点B关于x轴的对称点B′，连接AB′交x轴于点P，点P就是所求的点。
课堂检测
1.如图，荆州古城河在CC′处直角转弯，河宽相同，从A处到B处，须经两座桥：DD ′,EE ′（桥宽不计），设护城河以及两座桥都是东西、南北方向的，怎样架桥可使ADD ′E ′EB的路程最短？
A
D
D ′
C
C′
E
E′
B
课堂检测
解：作AF⊥CD,且AF=河宽，作BG ⊥CE，且BG=河宽，连接GF,与河岸相交于E ′,D′。作DD′,EE′即为桥。
理由：由作图法可知，AF//DD′，AF=DD′，
则四边形AFD′D为平行四边形，
于是AD=FD′,
同理，BE=GE′，
由两点之间线段最短可知，GF最小。
A
D ′
C
C′
E
E′
B
F
G
D
课堂检测
2.（1）如图①，在AB直线一侧C、D两点，在AB上找一点P，使C、D、P三点
组成的三角形的周长最短，找出此点并说明理由。
（2）如图②，在∠AOB内部有一点P，是否在OA、OB上分别存在点E、F，
使得E、F、P三点组成的三角形的周长最短，找出E、F两点，并说明理由。
（3）如图③，在∠AOB内部有两点M、N，是否在OA、OB上分别存在点E、
F，使得E、F、M、N，四点组成的四边形的周长最短，找出E、F两点，并说
明理由。
A
B
C
D
P
O
A
B
N
O
A
B
M
图①
图②
图③
图①
图②
图③
课堂检测
A
B
C
D
M'
C'
P
图①
P
O
A
B
P'
P''
E
F
图②
N
O
A
B
M
N'
E
F
图③
课堂检测
原理
线段公理和垂线段最短
最短路径问题
解题方法
造桥选址问题
关键是将固定线段“桥”平移
最短路径问题
轴对称知识+线段公理
解题方法
课堂小结
谢 谢
人教版七年级数学上册
13.4 课题学习 最短路径问题
1.如图，连接A，B两点的所有线中，哪条最短？为什么？
A
B
①
②
③
②最短，因为两点之间，线段最短。
2.如图，点P是直线l外一点，点P与该直线l上各点连接的所有线段中，哪条最短？为什么？
PC最短，因为垂线段最短。
P
l
A
B
C
D
导入新知
3.在以前学习过哪些有关线段大小的结论？
三角形三边关系：两边之和大于第三边；
斜边大于直角边。
4.如图，如何做点A关于直线l的对称点？
A
l
A ′
导入新知
1.能利用轴对称解决简单的最短路径问题。
2. 体会图形的变化在解决最值问题中的作用，感悟转化思想。
素养目标
“两点的所有连线中，线段最短”“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中，垂线段最短”等的问题，我们称之为最短路径问题。
A
B
①
②
③
P
l
A
B
C
D
利用对称知识解决最短路径问题
知识点 1
现实生活中经常涉及到选择最短路径问题，本节将利用数学知识探究数学史上著名的“牧马人饮马问题”及“造桥选址问题”。
探索新知
如图，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？
C
抽象成
A
B
l
数学问题
作图问题：在直线l上求作一点C,使AC+BC最短问题。
实际问题
A
B
l
探索新知
现在假设点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？
根据“两点之间，线段最短”，可知这个交点即为所求。
解：连接AB,与直线l相交于一点C.
问题1：
A
l
B
C
探索新知
如果点A,B分别是直线l同侧的两个点，又应该如何解决所走路径最短的问题？
【思考】对于问题2，如何
将点 B“移”到l 的另一侧B′
处，满足直线l 上的任意一
点C，都保持CB 与CB′的长
度相等？
A
B
l
利用轴对称，作出点B关于直线l的对称点B′。
问题2：
探索新知
作法：
（1）作点B 关于直线l 的对称点B′；
（2）连接AB′，与直线l 相交于点C。
则点C 即为所求。
A
B
l
B ′
C
探索新知
你能用所学的知识证明AC +BC最短吗？
证明：如图，在直线l 上任取一点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。
问题3：
A
B
l
B ′
C
C ′
探索新知
例1 如图，已知点D,点E分别是等边三角形ABC中BC,AB边的中点，AD=5，点F是AD边上的动点，则BF+EF的最小值为（ ）
A．7.5 B．5
C．4 D．不能确定
解析：△ABC为等边三角形，点D是BC边的中点，即点B与点C关于直线
AD对称。∵点F在AD上，故BF=CF。即BF+EF的最小值可转化为求CF+EF
的最小值，故连接CE即可，线段CE的长即为BF+EF的最小值。而CE=AD。
B
最短路径问题的应用
素养考点
探索新知
此类求线段和的最小值问题，找准对称点是关键，而后将求线段长的和转化为求某一线段的长，再根据已知条件求解。
探索新知
方法点拨
如图，直线l是一条河，P、Q是两个村庄.欲在l上的某处修建一个水泵站，向P、Q两地供水，现有如下四种铺设方案，图中实线表示铺设的管道，则所需要管道最短的是（ ）
D
P
Q
l
A.
M
P
Q
l
B.
M
P
Q
l
C.
M
P
Q
l
D.
M
巩固练习
如图，A、B是两个蓄水池，都在河流a的同侧，为了方便灌溉
作物，要在河边建一个抽水站，将河水送到 A、B两地，问该
站建在河边什么地方，可使所修的渠道最短，试在图中确定该
点（保留作图痕迹）。
解：如图，P点即为该点。
巩固练习
例2 如图，在直角坐标系中，点A，B的坐标分别为（1，4）和（3，0），点C是y轴上的一个动点，且A，B，C三点不在同一条直线上，当△ABC的周长最小时点C的坐标是（ ）
A．（0，3） B．（0，2）
C．（0，1） D．（0，0）
解析：作B点关于y轴对称点B′，连接AB′，交y轴于点C′，此时△ABC的周长最小，然后依据点A与点B′的坐标可得到BE、AE的长，然后证明△B′C′O为等腰直角三角形即可。
B′
C′
E
A
探索新知
求三角形周长的最小值，先确定动点所在的直线和固定点，而后作某一固定点关于动点所在直线的对称点，而后将其与另一固定点连线，连线与动点所在直线的交点即为三角形周长最小时动点的位置。
探索新知
方法点拨
如图，已知牧马营地在P处，每天牧马人要赶着马群先到河边饮水，再带到草地吃草，然后回到营地，请你替牧马人设计出最短的放牧路线。
解：如图AP+AB即为最短的放牧路线。
巩固练习
如图，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）？
B
A
A
B
N
M
利用平移知识解决造桥选址问题
知识点 2
探索新知
B
A
●
●
N
M
N
N
M
如图假定任选位置造桥MN，连接AM和BN，从A到B的路径是AM+MN+BN，那么怎样确定桥的位置，才能使A到B的路径最短呢？
M
探索新知
【思考】我们能否在不改变AM+MN+BN的前提下把桥转化到一侧呢？什么图形变换能帮助我们呢？
1.把A平移到岸边。
2.把B平移到岸边。
3.把桥平移到和A相连。
4.把桥平移到和B相连。
B
A
Ｍ
Ｎ
探索新知
B
A
Ｍ
Ｎ
A'
B'
1.把A平移到岸边。
AM+MN+BN长度改变了。
2.把B平移到岸边。
AM+MN+BN长度改变了。
探索新知
B
A
Ｍ
Ｎ
3.把桥平移到和A相连。
4.把桥平移到和B相连。
AM+MN+BN长度有没有改变呢？
探索新知
B
A
A1
M
N
如图，平移A到A1，使AA1等于河宽，连接A1B交河岸于N作桥MN，此时路径AM+MN+BN最短.
理由:另任作桥M1N1，连接AM1，BN1，A1N1.
Ｎ１
Ｍ１
由平移性质可知，AM＝A1N，AA1＝MN＝M1N1，AM1＝A1N1.
AM+MN+BN转化为AA1＋A1B，而AM1 +M1N1+BN1转化为AA1＋A1N1+BN1.
在△A1N1B中，因为A1N1+BN1＞A1B.
因此AM1 +M1N1+BN1 ＞ AM+MN+BN.
探索新知
A·
B
M
N
E
C
D
证明：由平移的性质，得 BN∥EM 且BN=EM, MN=CD, BD∥CE, BD=CE,所以A到B的路径长为
AM+MN+BN=AM+MN+EM=AE+MN,
若桥的位置建在CD处，连接AC,CD,DB,CE,则A到B的路径长为AC+CD+DB=AC+CD+CE=AC+CE+MN,
在△ACE中，∵AC+CE＞AE,
∴AC+CE+MN＞AE+MN,
即AC+CD+DB ＞AM+MN+BN，
故桥的位置建在MN处，A到B的路径最短.
探索新知
解决最短路径问题的方法
在解决最短路径问题时，我们通常利用轴对称、平移等变换把未知问题转化为已解决的问题，从而作出最短路径的选择.
探索新知
方法点拨
牧马人从A地出发，先到草地边某一处牧马，再到河边饮马，然后回到B处，请画出最短路径。
A
B
P
Q
.
.
.
.
巩固练习
如图，在正方形ABCD中，E，F分别为AD，BC的中点，P为对角线BD上的一个动点，则下列线段的长等于AP+EP最小值的是（ ）
A．AB B．DE C．BD D．AF
解析：如图，连接CP，由AD=CD，∠ADP=∠CDP=45°，
DP=DP，可得△ADP≌△CDP，∴AP=CP，∴AP+PE=CP+PE，
∴当点E，P，C在同一直线上时，AP+PE的最小值为CE长，
此时，由AB=CD，∠ABF=∠CDE，BF=DE，
可得△ABF≌△CDE，
∴AF=CE，
∴AP+EP最小值等于线段AF的长。
D
连接中考
1.如图，直线m同侧有A、B两点，A、A′关于直线m对称，A、B关于直线n对称，直线m与A′B和n分别交于P、Q，下面的说法正确的是（ ）
A．P是m上到A、B距离之和最短的点，
Q是m上到A、B距离相等的点。
B．Q是m上到A、B距离之和最短的点，
P是m上到A、B距离相等的点。
C．P、Q都是m上到A、B距离之和最短的点.
D．P、Q都是m上到A、B距离相等的点。
A
.
课堂检测
2.如图，∠AOB=30°，∠AOB内有一定点P，且OP=10．在 OA
上有一点Q，OB上有一点R．若△PQR周长最小，则最小周长是（ ）
A．10 B．15
C．20 D．30
A
课堂检测
3.如图，牧童在A处放马，其家在B处，A、B到河岸的距离分
别为AC和BD，且AC=BD,若点A到河岸CD的中点的距离为500
米，则牧童从A处把马牵到河边饮水再回家，所走的最短距
离是 米。
A
C
B
D
河
1000
课堂检测
4.如图，边长为1的正方形组成的网格中，△AOB的顶点均在格点上，点A，B的坐标分别是A（3，2），B（1，3）。点P在x轴上，当PA+PB的值最小时，在图中画出点P。
x
y
O
B
A
B'
P
解析：作出点B关于x轴的对称点B′，连接AB′交x轴于点P，点P就是所求的点。
课堂检测
1.如图，荆州古城河在CC′处直角转弯，河宽相同，从A处到B处，须经两座桥：DD ′,EE ′（桥宽不计），设护城河以及两座桥都是东西、南北方向的，怎样架桥可使ADD ′E ′EB的路程最短？
A
D
D ′
C
C′
E
E′
B
课堂检测
解：作AF⊥CD,且AF=河宽，作BG ⊥CE，且BG=河宽，连接GF,与河岸相交于E ′,D′。作DD′,EE′即为桥。
理由：由作图法可知，AF//DD′，AF=DD′，
则四边形AFD′D为平行四边形，
于是AD=FD′,
同理，BE=GE′，
由两点之间线段最短可知，GF最小。
A
D ′
C
C′
E
E′
B
F
G
D
课堂检测
2.（1）如图①，在AB直线一侧C、D两点，在AB上找一点P，使C、D、P三点
组成的三角形的周长最短，找出此点并说明理由。
（2）如图②，在∠AOB内部有一点P，是否在OA、OB上分别存在点E、F，
使得E、F、P三点组成的三角形的周长最短，找出E、F两点，并说明理由。
（3）如图③，在∠AOB内部有两点M、N，是否在OA、OB上分别存在点E、
F，使得E、F、M、N，四点组成的四边形的周长最短，找出E、F两点，并说
明理由。
A
B
C
D
P
O
A
B
N
O
A
B
M
图①
图②
图③
图①
图②
图③
课堂检测
A
B
C
D
M'
C'
P
图①
P
O
A
B
P'
P''
E
F
图②
N
O
A
B
M
N'
E
F
图③
课堂检测
原理
线段公理和垂线段最短
最短路径问题
解题方法
造桥选址问题
关键是将固定线段“桥”平移
最短路径问题
轴对称知识+线段公理
解题方法
课堂小结
谢 谢