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最短路径问题

最短路径的诀窍:想办法把折线“拉直”。
同侧两点用轴对称,过河架桥用平移。

骑马的将军走向河边饮马,再去营帐
将军从营地出发,到河边饮马,再去营帐,怎么走最近?

两个基本事实,两种变换

两点之间,线段最短三角形两边之和大于第三边
同侧两点:作对称点PA=PA′,把 PA+PB 变成 PA′+PB
隔河两点:先平移桥长固定,把桥“挪走”再连线

所有最短路径问题,最后都要回到“两点之间线段最短”。

按 2022 年版课标修订的人教版八上“综合与实践 最短路径问题”(2025 年秋季起使用,在第十五章之后)。本页按“基本事实—将军饮马—造桥选址—坐标中找点”四步整理。

四步,把折线拉直

先读“学什么”,再用易错点检查自己。

第1步

两个基本事实

两点之间线段最短

学什么

  • 两点之间,线段最短。
  • 垂线段最短:直线外一点与直线上各点连接的所有线段中,垂线段最短。

A、B 在直线 l 的两侧时,直接连接 AB 与 l 的交点就是使 PA+PB 最小的点 P。

校园草坪上被人踩出的一条斜穿小路
草坪上踩出的斜路:两点之间线段最短。

考点

  • 说出作图依据:两点之间线段最短。
  • 异侧两点直接连线。

易错点

异侧两点也去作对称点。只有同侧时才需要“翻过去”。

第2步

将军饮马

同侧两点:作轴对称

学什么

A、B 在直线 l 的同侧,在 l 上找一点 P,使 PA+PB 最小:

  1. 作 A 关于 l 的对称点 A′;
  2. 连接 A′B,交 l 于点 P,P 就是所求的点。

理由:l 是 AA′ 的垂直平分线,所以 PA=PA′,PA+PB=PA′+PB≥A′B。在 l 上另取一点 P′,P′A′+P′B>A′B(三角形两边之和大于第三边)。

将军饮马:作对称点
将军饮马:作对称点直线 l 是河岸,A、B 在 l 同侧。作 A 关于 l 的对称点 A′,连接 A′B 交 l 于 P。P 就是饮马点,PA=PA′。AA′BPl

PA+PB=PA′+PB,当 A′、P、B 在一条直线上时最短,就是线段 A′B 的长。

考点

  • 作对称点、连线、找交点,三步缺一不可。
  • PA+PB 的最小值等于 A′B 的长。

易错点

直接连接 AB 并延长,与 l 交于 P₀。P₀ 不在线段 A′B 上,所以 P₀A+P₀B=P₀A′+P₀B>A′B,不是最小,必须作对称点。

第3步

造桥选址

隔河两点:先平移

学什么

A、B 两地在一条河(两岸平行,宽 d)的两侧,要建一座垂直于河岸的桥 MN,使 A→M→N→B 路程最短:

  1. 把 A 沿垂直河岸的方向平移 d,得到 A′;
  2. 连接 A′B 交河岸 b 于 N,过 N 作河岸的垂线交 a 于 M,MN 就是桥的位置。

理由:由平移的性质,A、M 分别平移到 A′、N,所以 AM=A′N。桥长 d 固定,只需让 A′N+NB 最短。

造桥选址:先平移
造桥选址:先平移两条平行的河岸 a、b,河宽 d。A 在河上方,B 在河下方。把 A 向下平移 d 得到 A′,连接 A′B 交河岸 b 于 N,过 N 作垂直于河岸的桥 MN。AA′BMNabd

AA′ 平行且等于 MN,所以 AM=A′N。路程 AM+MN+NB=A′N+NB+d,A′、N、B 共线时最短。

两个村庄隔着一条河,河上有一座垂直于河岸的桥
两个村庄隔河相望,桥要垂直于河岸,建在哪里路最短?

考点

  • 平移的方向:垂直河岸,指向河;距离:河宽。
  • 最短路程=A′B+d。

易错点

把桥直接架在 AB 与河的交点处。即使 MN 垂直于河岸,路线 AM+MN+NB 也不是最短。应先把 A 沿垂直河岸的方向平移一个河宽得到 A′,连 A′B 交对岸于 N,再作 MN 垂直于河岸。

第4步

在坐标网格中找点

对称点的坐标

学什么

关于 x 轴对称的点:横坐标不变,纵坐标互为相反数,(x,y)→(x,−y)。

在网格中连接 A′ 和 B,看它经过 x 轴上的哪个格点:如果线段“每向右 1 格就向上 1 格”,就能一格一格数出交点。本页各题的数据都恰好使交点是格点,所以可以数格子。

考点

  • 写出对称点坐标。
  • 在网格中数出连线与坐标轴的交点。

易错点

关于 x 轴对称时把横坐标变号。关于 x 轴对称,变号的是纵坐标。

先自己想,再看下一步

三道例题。每次只展开一步,也可以从头看。

例题1:将军饮马的作图与说理

A、B 在直线 l 同侧。在 l 上找一点 P,使 PA+PB 最小,并说明理由。

  1. 作 A 关于 l 的对称点 A′,连接 A′B,与 l 交于 P。

  2. l 垂直平分 AA′,所以 PA=PA′,P 取在 A′B 与 l 的交点处,所以 PA+PB=PA′+PB=A′B。

  3. 在 l 上任取另一点 P′(P′≠P),同理 P′A+P′B=P′A′+P′B。在 △P′A′B 中,P′A′+P′B>A′B。其余各点都严格大于 A′B,所以 P 点使 PA+PB 最小。

完整讲解如下;启用脚本后可以逐步展开。

例题2:网格中的饮马点

在平面直角坐标系中,A(1,3),B(5,1),在 x 轴上找一点 P,使 PA+PB 最小。求 P 的坐标。

  1. A、B 都在 x 轴上方。作 A 关于 x 轴的对称点 A′(1,−3)。

  2. 从 A′(1,−3) 到 B(5,1):向右 4 格、向上 4 格,即每向右 1 格就向上 1 格。

  3. 从 A′ 向上 3 格到达 x 轴,同时向右 3 格,横坐标 1+3=4。P(4,0)。

完整讲解如下;启用脚本后可以逐步展开。

例题3:造桥选址的最短路程

河两岸平行,河宽 3 千米。按“先平移再连线”的方法作出 A′ 后,量得 A′B=10 千米。从 A 经过桥到 B 的最短路程是多少?

  1. 路程=AM+MN+NB,MN=3。

  2. AM=A′N,所以 AM+NB=A′N+NB,最小值是 A′B=10。

  3. 最短路程=10+3=13(千米)。

完整讲解如下;启用脚本后可以逐步展开。

轮到你,把方法用出来

9 题,每题 1 分,第一次检查计分。答完会给出提示与完整解法,做完可重做。

填空只填一个数,不写单位;负数写 −2。

第1题

将军饮马问题最后归结为哪个基本事实?

查看解法

PA+PB=PA′+PB≥A′B,依据是两点之间线段最短。

第2题

点 A(3,2) 关于 x 轴的对称点的纵坐标是多少?

查看解法

对称点 (3,−2),纵坐标 −2。

第3题

A、B 在直线 l 同侧,求 l 上使 PA+PB 最小的 P,正确作法是?

查看解法

作对称点 A′,连接 A′B 与 l 的交点就是 P。

第4题

作出对称点后量得 A′B=10,PA+PB 的最小值是多少?

查看解法

PA+PB 最小值=A′B=10。

第5题

A(0,2),B(4,2),在 x 轴上找 P 使 PA+PB 最小,P 的横坐标是多少?

查看解法

A′(0,−2) 向上 2 格到 x 轴时向右 2 格,P(2,0)。

第6题

造桥选址问题中,第一步把 A 怎样平移?

查看解法

桥垂直河岸、长为河宽,所以 A 沿垂直河岸的方向平移河宽。

第7题

河宽 3,平移后量得 A′B=10,从 A 过桥到 B 的最短路程是多少?

查看解法

10+3=13。

第8题

A(1,2),B(3,−2),在 x 轴上找 P 使 PA+PB 最小,P 的横坐标是多少?

查看解法

从 A(1,2) 到 B(3,−2):向右 2 格、向下 4 格,每右 1 格下 2 格。向下 2 格到 x 轴时向右 1 格,P(2,0)。

第9题

将军饮马问题中,为什么 PA=PA′?

查看解法

A 与 A′ 关于 l 对称,l 垂直平分 AA′,线段垂直平分线上的点到两端距离相等。

作答只在本页内存中处理,不保存、不上传。刷新页面后重新开始。

教材位置与学习说明

本活动在教材中排在第十五章“轴对称”之后,研究“将军饮马”“造桥选址”等最短路径问题。本页的坐标网格题只用到对称点坐标与数格子,不需要勾股定理。

活动名称与在目录中的位置按人教版(2024 审定)八年级上册目录核对。本页把活动整理成知识卡、例题和练习;例题与练习由鼓捣星球编写,并非原书原题,文中数据除特别说明外都是为练习设定的示例数据。本页不是出版社官方网站,请以学校发放的课本为准。

先判断两点在直线同侧还是异侧;同侧作对称点,异侧直接连线;有固定长度的一段(桥)就先平移。