2. 【问题背景】如图3-5 $ \textcircled{1} $ ,A,B两地在一条河的两岸,现在要在河上造一座桥 MN,桥造在何处可使从 A地到 B地的路径 AMNB最短?(假设河的两岸是平行的直线,桥要与河岸垂直)
【数学建模】将这个实际问题抽象出来,即如图3-5 $ \textcircled{2} $ ,直线 a//b,点 A,B分别位于直线 a,b的两侧,请你在直线 a上找到点 M,使得 MN垂直于直线 b,垂足为 N,且 AM+MN+NB的值最小。在图3-5 $ \textcircled{2} $中画出点 M,N(不要求证明)。
【问题拓展】如图3-5 $ \textcircled{3} $ ,在上面的条件中,如果将“一条河”的条件变化为“两条河”,那么两座桥分别建在何处才能使得从 A地到达 B地的路径最短呢?在图3-5 $ \textcircled{3} $中画出两座桥的位置,并简要说明这四个点的位置是如何找到的。(不要求证明)

【数学建模】将这个实际问题抽象出来,即如图3-5 $ \textcircled{2} $ ,直线 a//b,点 A,B分别位于直线 a,b的两侧,请你在直线 a上找到点 M,使得 MN垂直于直线 b,垂足为 N,且 AM+MN+NB的值最小。在图3-5 $ \textcircled{2} $中画出点 M,N(不要求证明)。
【问题拓展】如图3-5 $ \textcircled{3} $ ,在上面的条件中,如果将“一条河”的条件变化为“两条河”,那么两座桥分别建在何处才能使得从 A地到达 B地的路径最短呢?在图3-5 $ \textcircled{3} $中画出两座桥的位置,并简要说明这四个点的位置是如何找到的。(不要求证明)
答案
2. 解:【数学建模】如答图3-2①,点M,N为所求。
【问题拓展】如答图3-2②,路径AFENMB为所求。
方法:作$AJ⊥$直线$a$,且$AJ$为直线$a$,$b$间的距离,作$BK⊥$直线$d$,且$BK$为直线$c$,$d$间的距离,连接$JK$交直线$b$于点$E$,交直线$c$于点$N$,作$EF⊥$直线$b$交直线$a$于点$F$,作$NM⊥$直线$c$交直线$d$于点$M$,路径AFENMB为所求。
3. 光明区某湿地公园如图3-6所示,四边形AEDC为花海景区, $ ∠ C D E=∠ E=9 0° $ $ A E=8 0 \mathrm{~ m}, D E=5 0 \mathrm{~ m} $ ,长方形CFGH为人工湖景区,为了方便市民观景,公园决定修建一条步行观光路线(折线AM-MN-BN),A为起点,终点B在ED上,BD=30m, MN为湖边观景台,长度固定不变(MN=40m),且需要修建在湖边所在直线CF上,步行观光路线的长度会随着观景台位置的变化而变化,请写出步行观光路线的最短长度。

答案
3. 解:如答图3-3,过$B$作$BB'// FC$,并使$BB'=NM$,作$B'$关于直线$FC$的对称点$B''$,延长$B''B'$交$AE$于点$I$,连接$AB''$交直线$FC$于点$M$,此时使得$AM+BN$最小。
易得$BN=B'M$。
$\because B'$关于直线$FC$的对称点为$B''$,$BD=30\ \mathrm{m}$,
$\therefore B'M=B''M$,$AI=80-40=40\ (\mathrm{m})$,$B''I=30+50=80(\mathrm{m})$,
$\therefore AM+BN=AM+B'M=AM+B''M=AB''$,
在$\mathrm{Rt}△ AB''I$中,由勾股定理,得
$AB''=\sqrt{AI^{2}+B''I^{2}}=\sqrt{40^{2}+80^{2}}=40\sqrt{5}\ (\mathrm{m})$,
$\therefore AM+BN+MN=(40\sqrt{5}+40)\ \mathrm{m}$,
$\therefore$步行观光路线的最短长度为$(40\sqrt{5}+40)\ \mathrm{m}$。
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