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蚂蚁爬行最短路程问题的拓展一.探究圆柱表面最短路径问题教科书有这样一个问题:有一个圆柱,它的高等于12 cm,底面半径等于3 cm.在圆行柱的底面 A 点有一只蚂蚁,它想吃到上底面上与A点相对的B点处的食物,需要爬行的最短路程是多少?直觉判断,不难发现,蚂蚁应该沿着侧面爬行。那么,在侧面上如何爬行,

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回顾与思考教学目标

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蚂蚁爬行最短路程问题的拓展

一.探究圆柱表面最短路径问题

教科书有这样一个问题:有一个圆柱,它的高等于12 cm,底面半径等于3 cm.在圆行柱的底面 A 点有一只蚂蚁,它想吃到上底面上与A点相对的B点处的食物,需要爬行的最短路程是多少?

直觉判断,不难发现,蚂蚁应该沿着侧面爬行。那么,在侧面上如何爬行,所走的路程最短呢?由于侧面是弯曲的,为此可以试图将弯曲的侧面展呈一个平面,如下图:

BB A A

在课堂上,相信大家已经比较过多种爬行路径,如(1)A→A′→B;(2)A→B′→B;(3)A→D→B;(4)A→B.当然也得出了沿着直线段AB爬行最近。

现在的问题是,对于任意的圆柱,上面的爬行路线是否都最短呢?

我们不妨看一个具体的:

问题1 在高为1,底面半径为4的圆柱形实木块的下底面的A点处有一只蚂蚁,它想吃....到上底面与A相对的B点处的食物,如图所示,这只蚂蚁需要爬行的最短路程是多少?BA

22如果还是沿着侧面爬行,不难算出最短爬行距离是1(4)12.6 m,由于这个圆柱“矮而胖”,如果从上底面沿直径爬过去,可以省得绕侧面爬行那样绕过一段大肚子,可能反而行程可能会少一些,当然,这只是感觉,需要具体计算一下。不难算出从A点直接向上爬再沿着直径爬到B点的行程是1+4×2=9 m,确实比沿着侧面爬行短一些。

反思 实际上,这和我们的直觉是一致的。不妨用一个最为极端的圆柱为例加以说明,如果这个圆柱特别矮,以致于接近一个硬币或者接近一个平面上的圆,显然沿着直径走比沿着侧面(圆周)走要近一些。

当然,研究不要局限于此,我们需要进一步思考:什么情况下蚂蚁沿着侧面爬行路程最近(姑且称为线路1),什么情况下蚂蚁先竖直爬到地面上再沿着直径爬行(姑且称为线路2)路程最近?

为了研究的方便,不妨设圆柱的高为h,底面半径为r,则沿线路1的最短行程是h2(r)2,沿线路2的行程是h+2r;不难得出:

(1)当时,两条线路行程相同;(2)当时,线路1行程短一些;(3)

当时,线路2行程短一些。

二.探究长方体表面最短路径问题

如图所示,有一个长方体,它的长、宽、高分别为5cm,3cm,4cm.在顶点A处有一只蚂蚁,它想吃到与顶点A相对的顶点B的食物.已知蚂蚁沿长方体表面爬行的速度是0.8cm/s,问蚂蚁能否在11秒内获取到食物?

教学步骤建议:

1.探究所有可能路径

2.确定最短路径

A1B1232(45)290;

A2B2242(35)280;

A3B3252(34)274.

因此,最短路径为A3B3.

∵0.8118.8,8.877.4474,

∴蚂蚁能在11 s内获取到食物.

3.推广延伸

若探究2中的长方体长、宽、高分别为a,b,c,且a>b>c,找出沿正方体表面从点A到点B的最短路径,并说明理由.

2d

2a2bc

2最短

最大

路径

棱长

三.蚂蚁在圆锥表面的最短距离又是如何呢?

这个问题留给同学们讨论交流最终得结果。

L

r

B

A

蚂蚁从A出发回到A

L

A

r

B

蚂蚁从A爬到B

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