如果蚂蚁也学过数学……

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  美国数学家克莱因曾对“数学美”作过这样的描述:“音乐能激发或抚慰情怀,绘画能使人赏心悦目,诗歌能动人心弦,哲学能使人获得智慧,科技可以改善物质生活,而数学却能提供以上一切!”如果蚂蚁也听过克莱因这话,那它在“蚂蚁吃食”问题中肯定受益匪浅.
  【典型例题】 一只蚂蚁在一个正方体的顶点A处,而正方体的顶点B处残留一些面包屑,如图1所示,现在蚂蚁想尽快地搬走面包屑,那么它所走的最短路线是怎样的?在图上画出来,这样的最短路线有几条?
  绿色通道:从点A到点B的最短路线,在立体图形中难以解决,就要展开成平面图形来考虑,且是展开正方体的两个面,如图2所示,这样展开后,我们就有了解决问题的实际经验:两点之间,走“直”线路程最短,因而连接AB,线段AB就是蚂蚁想要尽快搬走面包屑的最短路线,然后再把平面展开图折叠成立体图形即可.
  解:最短路线就是正方体平面展开图中AB连线. 而在正方体上,像这样的最短路线一共有六条,如图3所示,由于正方体6个面是边长相等的正方形,所以这6种路线长度相等.
  【挑战自我】 有一间正方体形状的房间,如图4所示,在墙缝中点A处,有一只蜘蛛,它发现对面房上角B处躲着一只苍蝇. 为了尽快地捉住这只苍蝇,蜘蛛应该怎样走?
  答案:展开正方体的上面和正面(或者是左面和上面),如图5所示,连接AB,线段AB就是蜘蛛能尽快捉住苍蝇的路线,再把展开图折叠成立体图形即可.
  【延伸拓展】 如图6所示,一只蜘蛛在一个长方体木块的顶点A处,一只苍蝇在这个长方体上与顶点A相对的顶点B处,蜘蛛急于捉住苍蝇,沿着长方体的表面向上爬,它要从顶点A爬到顶点B处,有无数条路线. 最短的路线该怎么走?
  绿色通道:要找点A到点B的最短路线,就要把长方体展开成平面图形,展开它的两个面. 但由于长方体各个面长和宽不同,所以展开这个长方体2个面时要分三种情况来讨论,如图7所示,最后再进行比较,选出最短的即可.
  解:如图7所示,分别展开长方体的前面和右面、前面和上面、左面和上面,连接AB,AB长就是蜘蛛爬行的最短距离. 再通过测量(随着我们学习的深入,我们也可以将这些路线的长度精确计算出来)比较三种路线中最短的,即展开长方体的前面和右面时路线最短,把平面展开图折回立体图形即可知道蜘蛛具体走的路线.
  【挑战自我】 如图8所示,长方体的长为20,宽为10,高为15,一只蚂蚁正在长方体顶点A处,点B处有一滴蜜糖且点B与点C距离为5,这只蚂蚁想要沿着长方体的表面去点B吃蜜糖,它爬行的最短路线是怎样的?
  答案:如图9所示,分别展开长方体的下面和右面、前面和右面、前面和上面,连接AB,则AB长就是蚂蚁爬行的最短距离. 通过测量比较,展开长方体前面和右面时路线最短. 再把平面展开图折回立体图形即可知道蚂蚁具体走的路线.
  七年级上册第5章“走进图形世界”要求我们了解一些基本几何体与其展开图(球除外)之间的关系,通过本文的阅读,希望同学们经历长方体、正方体展开与折叠等数学活动,在平面图形与立体图形的转化中发展空间观念. 而解决“蚂蚁吃食”这一类问题,需将立体图形展开成平面图形,转化在同一平面中,利用两点之间线段最短,从而解决整个问题. 所以即使我们把正方体、长方体换成其他的立体图形,如圆柱、圆锥等立体图形,解决这一类问题的方法都是一样的.
  【触类旁通】 如图10所示,圆柱形无盖玻璃容器高18 cm,底面周长为60 cm,在外侧距下底1 cm的点C处有一只蜘蛛,蜘蛛正对面的圆柱形容器外侧距上底1 cm的点F处有一只苍蝇,蜘蛛急于捕捉苍蝇充饥,请你帮蜘蛛画出它沿容器侧面爬行的最短路线.
  (作者单位:江苏省常州市武进区湖塘实验中学)
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