轴对称——最短路径问题
《最短路径问题》轴对称
轴对称与最短路径问题
轴对称是指图形关于某一直线或平面对称的现 象。
在最短路径问题中，如果图是轴对称的，那么 两个顶点之间的最短路径必然是对称的。
例如，在有向图和无向图中，如果两个顶点之 间的所有边都具有相同的权重，那么这两个顶 点之间的最短路径就是对称的。
最短路径问题的数学模型
01
最短路径问题的数学模型通常包括一个有向图G=(V,E)和两个顶点s和t，表示要 找到从s到t的最短路径。
02
最短路径问题与轴对称
最短路径问题简介
1
最短路径问题是一种经典的图论问题，旨在寻找 图中两个顶点之间的最短路径。
2
最短路径问题在交通网络设计、通信网络优化、 生产计划制定等领域都有广泛应用。
3
最短路径问题通常可以使用动态规划、Dijkstra 算法、Bellman-Ford算法等算法进行求解。
《最短路径问题》轴对称
2023-11-09
目 录
• 轴对称简介 • 最短路径问题与轴对称 • 轴对称算法实现 • 实验结果与分析 • 总结与展望
01
轴对称简介
轴对称定义
轴对称是指一个物体关于某一直线（称为对称轴）对称，也就是说，物体在这条 直线的两边呈现出镜像状态。
在图形中，如果一个图形关于某一直线对称，那么它的对称轴是从图形的一侧到 另一侧的最短距离。
02
在最短路径问题中，通常使用权重来表示每条边的长度或成本。权重可以是有 向的或无向的，可以是正值或负值。
03
最短路径问题的数学模型还包括一个求解算法，用于在图中找到从s到t的最短 路径。常用的求解算法包括Dijkstra算法和Bellman-Ford算法。
03
轴对称算法实现
13.4轴对称之最短路径问题人教版2024—2025学年八年级上册
13.4轴对称之最短路径问题人教版2024—2025学年八年级上册二、例题讲解例1.如图，C为线段BD上一动点，分别过点B、D作AB⊥BD，ED⊥BD，连接AC、EC，已知线段AB＝4，DE＝2，BD＝8，设CD＝x．（1）用含x的代数式表示AC+CE的长；（2）请问点C满足什么条件时，AC+CE最小？最小为多少？（3）根据（2）中的规律和结论，请构图求代数式的最小值．变式1.如图，C为线段BD上一动点，分别过点B，D作AB⊥BD，ED⊥BD，连结AC，EC，已知AB＝5，DE＝1，BD＝8．（1）请问点C什么位置时AC+CE的值最小？最小值为多少？（2）设BC＝x，则AC+CE可表示为，请直接写出的最小值为．例2.如图，直线l是一条河，P，Q是两个村庄，欲在l上的某处修建一个水泵站，向P，Q两地供水，现有如下四种铺设方案，图中实线表示铺设的管道，则所需管道最短的是（）A．B．C．D．变式1.如图，在⊥ABC中，BA＝BC，BD平分⊥ABC，交AC于点D，点M、N 分别为BD、BC上的动点，若BC＝10，⊥ABC的面积为40，则CM+MN的最小值为．变式2.如图，等腰三角形ABC的底边BC长为8，面积是24，腰AC的垂直平分线EF分别交AC，AB于E，F点，若点D为BC边的中点，点M为线段EF 上一动点，则⊥CDM的周长的最小值为（）A．7B．8C．9D．10变式3.如图，在平面直角坐标系中，矩形OACB的顶点O在坐标原点，顶点A、B分别在x轴、y轴的正半轴上，OA=3，OB=4，D为边OB的中点．（1）点D的坐标为；（2）若E为边OA上的一个动点，当⊥CDE的周长最小时，求点E的坐标．例3.如图，⊥AOB内一点P，P1，P2分别是P关于OA、OB的对称点，P1P2交OA于点M，交OB于点N．若⊥PMN的周长是6cm，则P1P2的长为（）A．6cm B．5cm C．4cm D．3cm变式1.已知点P在⊥MON内．如图1，点P关于射线OM的对称点是G，点P 关于射线ON的对称点是H，连接OG、OH、OP．（1）若⊥MON＝50°，求⊥GOH的度数；（2）如图2，若OP＝6，当⊥P AB的周长最小值为6时，求⊥MON的度数．变式2.如图，⊥MON＝45°，P为⊥MON内一点，A为OM上一点，B为ON上一点，当⊥P AB的周长取最小值时，⊥APB的度数为（）A．45°B．90°C．100°D．135°变式3.如图，⊥AOB＝30°，P是⊥AOB内的一个定点，OP＝12cm，C，D分别是OA，OB上的动点，连接CP，DP，CD，则⊥CPD周长的最小值为．变式4.如图，在五边形中，⊥BAE＝140°，⊥B＝⊥E＝90°，在边BC，DE上分别找一点M，N，连接AM，AN，MN，则当⊥AMN的周长最小时，求⊥AMN+⊥ANM 的值是（）A．100°B．140°C．120°D．80°例4.如图，在⊥ABC中，AB＝AC，⊥A＝90°，点D，E是边AB上的两个定点，点M，N分别是边AC，BC上的两个动点．当四边形DEMN的周长最小时，⊥DNM+⊥EMN的大小是（）A．45°B．90°C．75°D．135°变式1.如图，在平面直角坐标系中，已知点A（0，1），B（4，0），C（m+2，2），D（m，2），当四边形ABCD的周长最小时，m的值是（）A．B．C．1D．变式2.如图，在四边形ABCD中，⊥B＝90°，AB⊥CD，BC＝3，DC＝4，点E 在BC上，且BE＝1，F，G为边AB上的两个动点，且FG＝1，则四边形DGFE 的周长的最小值为．例5.如图，⊥AOB＝20°，点M、N分别是边OA、OB上的定点，点P、Q分别是边OB、OA上的动点，记⊥MPQ＝α，⊥PQN＝β，当MP+PQ+QN最小时，则β﹣α的值为（）A．10°B．20°C．40°D．60°变式1.如图，∠AOB＝20°，M，N分别为OA，OB上的点，OM＝ON＝3，P，Q分别为OA，OB上的动点，求MQ+PQ+PN的最小值。
《最短路径问题》轴对称PPT
A
C
C′
l
即 AC +BC 最短．
B′
例1 如图，已知点D、点E分别是等边三角形ABC中BC、AB边的中点，
AD=5，点F是AD边上的动点，则BF+EF的最小值为（ B ）
A．7.5 C．4
B．5 D．不能确定
解析：△ABC为等边三角形，点D是BC边的中点，即点B与点C关于直线 AD对称.∵点F在AD上，故BF=CF.即BF+EF的最小值可转化为求CF+EF 的最小值，故连接CE即可，线段CE的长即为BF+EF的最小值.
周长是（ A ）
A．10 C．20
B．15 D．30
3、如图，牧童在A处放马，其家在B处，A、B到河岸的距离分别
为AC和BD，且AC=BD,若点A到河岸CD的中点的距离为500米，
则牧童从A处把马牵到河边饮水再回家，所走的最短距离10是00
米.
C
D 河
A
B
4、如图，荆州古城河在CC ′处直角转弯，河宽相同，从A处到
则A到B的路径长为 AC+CD+DB=AC+CD+CE=AC+CE+MN,
A MC
在△ACE中，∵AC+CE＞AE, ∴AC+CE+MN＞AE+MN,
ND E
即AC+CD+DB ＞AM+MN+BN，
B
故桥的位置建在MN处，A到B的路径最短.
总结：在解决最短路径问题时，我们通常利用轴对称、平移 等变换把未知问题转化为已解决的问题，从而作出最短路径 的选择.
则点C 即为所求．
B
A
C l
B′
轴对称最短路径问题7种类型
轴对称最短路径问题7种类型
轴对称最短路径问题是一种经典的计算几何问题，其目标是在给定图形中找到从起点到终点的最短路径。
根据不同的条件和限制，轴对称最短路径问题可以分为以下七种类型：
1. 简单轴对称最短路径问题：给定一个轴对称图形，起点和终点分别位于对称轴的两侧，求最短路径。
2. 带有障碍物的轴对称最短路径问题：在轴对称图形中存在一些障碍物，起点和终点在障碍物两侧，求最短路径。
3. 多个起点和终点的轴对称最短路径问题：给定多个起点和终点，每个起点和终点都在对称轴的两侧，求所有起点到所有终点的最短路径。
4. 带有权值的轴对称最短路径问题：在轴对称图形中，不同的点或边具有不同的权值，求起点到终点的最短路径。
5. 动态规划解决轴对称最短路径问题：使用动态规划算法解决轴对称最短路径问题，将问题分解为子问题，逐步求解。
6. A*搜索算法解决轴对称最短路径问题：使用A*搜索算法，通过估价函数指导搜索方向，加速求解速度。
7. 双向搜索解决轴对称最短路径问题：从起点和终点同时进行搜索，通过比较两个方向的搜索结果得到最短路径。
以上七种类型是轴对称最短路径问题的常见分类，每种类型都有其特定的解决方法，需要根据具体问题的特点选择合适的方法进行求解。
轴对称——最短路径问题
.优学小班——提分更快、针对更强、时效更高名师堂学校优学小班讲义轴对称——最短路径问题现在的数学教学遵循《标准》的理念，以“生活• 数学”, “活动• 思考”为主线展开课程内容，注重体现生活与数学的联系，其中最短路径问题就是这一方面知识与能力的综合运用，其原型来自于“饮马问题”、“造桥选址问题”，出题背景有角、三角形、平行四边形、坐标轴、抛物线等。
下面就对上述类型做一个简单的归纳。
例1．如图，牧童在A 处放马，其家在B 处，A 、B 到河岸的距离分别为AC 和BD ，且AC=BD ，若点A 到河岸CD 的中点的距离为500米，则牧童从A 处把马牵到河边饮水再回家，最短距离是多少米？分析：根据轴对称的性质和“两点之间线段最短”，连接 A′B，得到最短距离为A′B，再根据全等三角形的性质和 A 到河岸CD 的中点的距离为500米，即可求出A'B 的值． A′B=1000米． 故最短距离是1000米．例2．如图，正方形ABCD ，AB 边上有一点E ，AE=3，EB=1，在AC 上有一点P ，使EP+BP 为最短．求：最短距离EP+BP ．分析：此题中，点E 、B 的位置就相当于例1中的点A 、B ，动点P 所在有直线作为对称轴相当于例1中的小河。
故根据正方形沿对角线的对称性，可得无论P 在什么位置，都有PD=PB ；故均有EP+BP=PE+PD 成立；所以原题可以转化为求PE+PD 的最小值问题，分析易得连接DE 与AC ，求得交点就是要求的点的位置例3．如图，∠XOY 内有一点P ，在射线OX 上找出一点M ，在射线OY 上找出一点N ，使PM+MN+NP 最短．名师堂 校区地址： 南充 咨询电话：分析：此题的出题背景就是角。
本题主要利用了两点之间线段最短的性质通过轴对称图形的性质确定三角形的另两点．分别以直线OX、OY为对称轴，作点P的对应点P1与P2，连接P1P2交OX于M，交OY于N，则PM+MN+NP最短．例４．如图，荆州古城河在CC′处直角转弯，河宽均为5米，从A处到达B处，须经两座桥：DD′，EE′（桥宽不计），设护城河以及两座桥都是东西、南北方向的，A、B在东西方向上相距65米，南北方向上相距85米，恰当地架桥可使ADD′E′EB的路程最短，这个最短路程是多少米？分析：由于含有固定线段“桥”，导致不能将ADD′E′EB通过轴对称直接转化为线段，常用的方法是构造平行四边形，将问题转化为平行四边形的问题解答．这就是“造桥选址问题”解：作AF⊥CD，且AF=河宽，作BG⊥CE，且BG=河宽，连接GF，与河岸相交于E′、D′．作DD′、EE′即为桥．证明：由作图法可知，AF∥DD′，AF=DD′，则四边形AFD′D为平行四边形，于是AD=FD′，同理，BE=GE′，由两点之间线段最短可知，GF最小；即当桥建于如图所示位置时，ADD′E′EB最短．例５．（2008•内江）如图，当四边形PABN的周长最小时，a= 。
轴对称最短路线问题原理
轴对称最短路线问题原理
一、问题描述
轴对称最短路线问题，即求平面上两点间沿轴对称线走的最短距离。
二、问题解法
1. 构造对称轴
首先需要找到两点的对称轴，对称轴的构造方法有多种，常用的有以
下两种：
（1）连接两点，垂直平分线即为对称轴。
（2）以两点为圆心，以它们之间的距离为半径，画两个圆；两圆的交
点就是对称轴。
2. 沿对称轴转换
对称轴将平面分为两个对称部分，假设起点在对称轴左侧（或右侧），求出终点在对称轴右侧（或左侧）的最短距离，即为要求的轴对称最
短路线。
3. 求最短距离
最短距离可以使用最短路算法（如 Dijkstra 算法、Bellman-Ford 算法等）来计算。
三、应用领域
轴对称最短路线问题常见于自动化生产线、机器人运动等领域，在这
些领域中，机器人需要在不碰撞的情况下从一个点到达另一个点，同
时保证走的路径最短。
该问题的解决方法可以为机器人运动路径规划
提供参考。
轴对称—最短路径问题-完整版课件
人教版数学学科中考复习专题
轴对称—最短路径问题
情境引入
王二小在A处放牛，要把牛牵到河边喝水，喝完水后还要牵 回B处关在牛棚里面。河边任何地方都可以让牛喝水。王二小牵 牛在河边哪个位置喝水，再牵到B处走的总路程最短？
B A
合作探究
如图，点A，B 在直线l 的同侧，点P是直线上的一个动点，当 点P 在l 的什么位置时，AP 与BP的和最小？
上的一动点，求BN+MN的最小值。
解:因为四边形ABCD为正方形，所以点B 与点D关于直线AC对称。
连结DM交直线AC于点N，即点N为所求作点
。 则BN+MN=DN+MN=DM,因为两点之间
A ，线段最短，所以BN+MN=DM为最小值。
B
M
N
N
D
C
即BN+MN的最小值为10.
变中思本
本节课你印象化最折深为的直是什么地方？
A MP
数学模型：两点在一条直线同侧
B
化折为直
┌
l
B/
小试牛刀
2
分析：
（1）求PB+PC的最小值
关键是找到点P位于直 线MN的什么位置.
（2）PB+PC=PA+PB=AB.
（4）PB+PC =AB =2.
M
P P A 30
N
化折为直
B
1
C
小试牛刀
2.如图，正方形ABCD边长为8，M在BC上，BM＝2，N为AC
轴对称—最短路线问题
3．如图，在△ABC中，已知AB=AC，AB的垂直平分线 交AB于点N，交AC于点M，连接MB．若AB=8cm，△MBC的 周长是14cm． ①求BC的长度； ②若点P为直线MN上一点，请你直接写出△PBC周长的 最小值．
4、如图③，点M、N在直线l同侧，请你在直线l上画出
轴对称——最短路线问题
1、唐朝诗人李欣的诗《古从军行》开头两句说：“白日
登山望烽火，黄昏饮马傍交河．”诗中隐含着一个有趣的数学
问题﹣﹣将军饮马问题：如图1所示，诗中将军在观望烽火之
后从山脚下的A点出发，走到河边饮马后，再到B点宿营，请问 怎样走才能使总的路程最短？画出最短路径并说明理由
2、如图2，点P，Q是△ABC的边AB、AC上的两个定点，
两点O、P，使得OP=1cm，且MO+OP+PN的值最小．
5、如图，在矩形ABCD中，AB=4，BC=6，G为边AD的中点， 若E，F为边AB上的两个动点，点E在点F左侧，且EF=1，当四边 形CGEF的周长小时，请你在图中确定点E，F的位置
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轴对称
最短路径问题
饮马问题
如图，牧马人从马棚A牵马到河边 l 饮水，然 后再到帐蓬B．问：在河边的什么地方饮水，可使 所走的路径最短？
B AA l
B
l
分析：
B A l A C C B
l
转化为数学问题 当点C在直线 l 的什么位置时，AC+CB的和最小？
A’
l1 A l2
A’’
M
N
走A-M- N 路线最短.
A’
l1 A
M N
l2
A’’
变式练习2
如图：某一天牧马人要从马棚A牵出马到草地边吃草， 再到河边饮水，最后回到帐篷B，请你帮他确定这一天 的最短路线。
P
N
Q
A
l1 M
B
l l2
A’
P
Q
B’ A
l1
B
l2
归纳小结
1.学了三种情况下的最短路径问题
根据前面的分析，我们认为的 最短路径是AC+CB=AC+C B′= AB′ 略证： 在直线 l 上取一个与 C点不重合的点C′ 新路径= A C′ + C′B =A C′ + C′B′ 试比较新路径与AB′的大小
A
C′ C
B
l
B′
结论： AC+CB这条路径最短．
问题1 归纳Bຫໍສະໝຸດ A l解决实 际问题 转化为数学问题 A C B l
联想： 如果点A、B在直线l的异侧时
A
C l
B
分析：
B
A
A
C
l
C
l
B
思考： 能把A、B两点从直线 l 的同侧转化为异侧吗？
作法及思路分析 1.作点B关于直线 l 的对称点B′ ，连接CB′。
B
A C
l
B′
2.由上步可知AC+CB=AC +CB′，
思考：当C在直线 l 的什么位置时AC +CB′最 短？
(2)一点在两相交直线内部 (3)两点在两相交直线内部 l1
(1)两点在一条直线同侧
l1
l2
l2
2.关键：
作对称点，利用轴对称的性质将线段转化，
从而利用“两点之间，线段最短”来解决
（1）如图所示，A，B两点在直线l的 一侧，在l上找一点C，使点C到点A、 B的距离之差最大．
（2）若A，B两点在直线l的两侧，在l 上找一点C，使点C到点A、B的距离之 差最大．
A B
联想旧知
B
A C l B′ 用旧知解决新知
A
C
l B
提示：本题也可作A点关于直线l的对称点
变式练习1
如图，牧马人要把马从马棚A牵到草地边吃草，
然后到河边饮水，最后再回到马棚A.
A
小 河
问题：请你确定这一过程的最短路径.
转化为数学问题
如图，在l1、l2之间有一点A,要使AM+MN+NA最小, 点M、N应该在 l1、l2的什么位置 ?