综合与实践
勾股定理与最短路径问题
勾股定理与最短路径问题
答案
【课本再现】
如图①,有一个圆柱,它的高为12 cm,底面圆的周长为18 cm.在圆柱下底面的点A处有一只蚂蚁,它想吃到上底面与点A相对的点B处的食物,这只蚂蚁沿圆柱侧面爬行的最短路径长为多少?
【方法探究】
(1)对于立体图形中求最短路径长问题,应先把立体图形展开成平面图形,再确定A,B两点的位置,依据“两点之间线段最短”,结合勾股定理,解决相应的问题.如图②,在圆柱的侧面展开图中,A,B两点对应的位置如图所示,利用勾股定理求出这只蚂蚁爬行的最短路径长为________ cm;
【方法应用】
(2)如图③,直四棱柱的上、下底面是正方形,底面边长为3 cm,高为10 cm.在其侧面从点E开始,绕侧面两周,嵌入装饰彩条至点G停止,求彩条的最短长度;
(3)如图④,圆柱形玻璃杯底面周长为30 cm,高为35 cm,杯底厚1 cm.在玻璃杯外壁距杯口2 cm的点P处有一只蚂蚁,与蚂蚁相对的内壁底部点Q处有一滴蜂蜜,蚂蚁沿杯口爬入内壁去吃蜂蜜,求这只蚂蚁爬行的最短路径长(玻璃杯的壁厚忽略不计).

如图①,有一个圆柱,它的高为12 cm,底面圆的周长为18 cm.在圆柱下底面的点A处有一只蚂蚁,它想吃到上底面与点A相对的点B处的食物,这只蚂蚁沿圆柱侧面爬行的最短路径长为多少?
【方法探究】
(1)对于立体图形中求最短路径长问题,应先把立体图形展开成平面图形,再确定A,B两点的位置,依据“两点之间线段最短”,结合勾股定理,解决相应的问题.如图②,在圆柱的侧面展开图中,A,B两点对应的位置如图所示,利用勾股定理求出这只蚂蚁爬行的最短路径长为________ cm;
【方法应用】
(2)如图③,直四棱柱的上、下底面是正方形,底面边长为3 cm,高为10 cm.在其侧面从点E开始,绕侧面两周,嵌入装饰彩条至点G停止,求彩条的最短长度;
(3)如图④,圆柱形玻璃杯底面周长为30 cm,高为35 cm,杯底厚1 cm.在玻璃杯外壁距杯口2 cm的点P处有一只蚂蚁,与蚂蚁相对的内壁底部点Q处有一滴蜂蜜,蚂蚁沿杯口爬入内壁去吃蜂蜜,求这只蚂蚁爬行的最短路径长(玻璃杯的壁厚忽略不计).
答案
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; 解:$ (2)$将图$③$的侧面沿高展开,如图① 由题意可知,彩条的最短长度是指侧面展开图中线段$EG $的长∵直四棱柱的上、下底面是正方形,底面边长为$3\ \mathrm {cm},$绕侧面两周,∴$EF = 3×4×2 = 24(\mathrm {cm})$又∵高$FG = 10\ \mathrm {cm}。$在$Rt\triangle EFG $中,可得$EG=\sqrt {EF^2+FG^2}=\sqrt {24^2 + 10^2}=26(\mathrm {cm})$$ $则彩条的最短长度为$26\ \mathrm {cm}$
$ (3)$将图$④$的侧面沿高展开,如图②$ $作点$P $关于直线$MN$的对称点$P',$过点$Q $作$QS\perp MS $于点$S,$连接$P'Q,$$MP$则$∠P'SQ = 90°,$$P',$$M,$$P $三点共线∴该蚂蚁爬行的最短路径长是线段$P'Q $的长 由题意得,$SQ=\frac 12×30 = 15(\mathrm {cm}),$$MP' = MP = 2\ \mathrm {cm},$$MS= 35 - 1 = 34(\mathrm {cm})$∴$P'S = MP' + MS = 2 + 34 = 36(\mathrm {cm})$$ $在$Rt\triangle P'SQ $中,可得$P'Q=\sqrt {P'S^2+SQ^2}=\sqrt {36^2 + 15^2}=39(\mathrm {cm})$$ $则这只蚂蚁爬行的最短路径长为$39\ \mathrm {cm}$
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