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“会者口算,难者白卷!”初中经典难题:“长方体表面最短路径”问题!如图一,蚂蚁?

“会者口算,难者白卷!”初中经典难题:“长方体表面最短路径”问题!如图一,蚂蚁🐜从一个长方体箱子的顶点A沿箱子表面爬行至另一顶点B,长方体的长宽均为3cm,高为1cm求其最短路径的长度。


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关键条件:爬行路径限制为箱子表面,排除箱子内部!
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有人这样做(立体几何):
AB两点连线恰为长方体对角线,此路径距离最短,求得AB的长度为√19cm。

还有人这样做(空间解析几何):
①以点O(长方体左后侧下方顶点)为空间直角坐标系原点,则A、B的坐标分别为(3,0,0)和(0,3,1)。
②经过箱子顶部(或底部,由对称性可知与顶部情形一致)到达B,必经过棱CD上一点记为F,设其坐标为(3,y,1),
则路径长为AF+BF=√(y²+1)+√[9+(y-3)²],利用微积分知识求得其最小值为5cm(此时y=3/4)
③经过箱子右侧(或左侧,由对称性可知与顶部情形一致)到达B,必经过棱DE上一点记为H,设其坐标为(3,3,z),
则路径长为AH+BH=√(9+z²)+√[9+(z-1)²],同于②求得其最小值为√37cm(此时z=1/2,即H为DE中点)
④综合②和③,可知经过棱CD上点F(3,3/4,1)时路径最短为5cm?

且不论对错,上述两种解答均超纲,第一种解法使用了高中立体几何知识,第二种解法使用了大学的微积分和空间解析几何知识。


初中生如何求解此题?别无他法,唯有将空间问题平面化!



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提示:立体图形展开(平面化)+勾股定理!适合初中生
①将长方体箱子的右侧面打开,并使其与正面长方形构成一大长方形(如图二),大长方形长宽分别为6cm和1cm,则AB'即为此情形下最短路径。由勾股定理求得AB'=√37cm。
②将长方体箱子的顶部打开,并将其竖起来、与正面长方形构成一大长方形(如图二),大长方形长宽分别为4cm和3cm,则AB'即为此情形下最短路径。由勾股定理求得AB'=5cm。
③5<√37,故最短路径为情形②的5cm

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