本题导读
本题核心考查多面体表面两点间的最短路径问题(即“蚂蚁爬行问题”)。解决此类问题的关键是将空间几何体沿相关棱展开为平面图形,将空间最值转化为平面几何中的两点距离计算,并通过分类讨论确定最终的最短路径。
📌【题干】
Question
(2005年江西卷) 如图,在直三棱柱 中,,,,、 分别为 、 的中点,沿棱柱的表面从 到 两点的最短路径的长度为.
🔍【思路分析】
破题导航
- 分析点 和点 所在的表面位置,确定可能跨越的棱及展开路径。
- 分三种情况讨论展开图:①经棱 展开;②经棱 展开;③经棱 展开。
- 利用平面直角坐标系或勾股定理分别计算出各路径长度,比对得出最小值。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
在直三棱柱 中,底面 为等腰直角三角形,,, 则斜边 。 又侧棱 ,所以 。 因为 分别为 的中点,所以 ,。 将三棱柱的表面进行展开,可能的路径有以下三种情况:
情况 ①:经过棱 展开(侧面 与上底面 共面) 以 为原点建立平面直角坐标系,则 ,,。 在上底面 中,,展开后 ,故 。 因为 为 的中点,所以 。 此时路径长度的平方为:
情况 ②:经过棱 展开(侧面 与侧面 共面) 将两个侧面平铺展开,从 到 的水平距离为 , 垂直距离为 。 此时路径长度的平方为:
情况 ③:经过棱 展开(侧面 与上底面 共面) 以 为原点, 所在直线为 轴建立平面直角坐标系,则 ,,。 在上底面等腰直角 中,斜边 ,可求得顶点 的坐标为 。 因为 是 的中点,由中点坐标公式得 。 线段 连线与 的交点为 ,未越界,此时路径长度的平方为:
比较上述三种情况的长度平方可知:。 因此,最短路径的长度为 。
答案为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:直三棱柱的几何性质、多面体表面两点间距离的展开转化。
- 核心方法:平面直角坐标系建系法、穷举分类讨论思想。
- 避坑指南:本题极易漏掉情况 ③。多数考生在直观空间感觉下,往往只在相邻的矩形侧面(情况 ②)或显而易见的侧面与底面(情况 ①)中寻找答案,容易忽视跨越对角面所对应棱 的展开路径,从而错失真正具有对称优势的最短路径。
📖【试题探源与推广】
Tip
1.试题探源: 本题由初中经典的“圆柱或长方体表面动点爬行最短路径问题”升级而来,将其背景移入直三棱柱中,加深了对多面体空间位置关系的考查。 2.结论推广: 求解直棱柱表面两点间的最短路径问题时,不可只凭直观感觉,必须穷举所有涉及两点所在面相交的公共棱的平面展开方式,通过严密的代数计算比较,才能准确锁定极小值。
🔗【关联脉络】
Multi column
