追根溯源解決幾何動點引起的共線問題和最值問題

追根溯源解決幾何動點引起的共線問題和最值問題

通常情況下,證明點在直線上,包括三點共線等問題,關鍵是先定點或定線,然後證明點過線或者點在線上;而幾何動點導致的最值問題,則往往採用設置未知數,求得相應的二次函數解析式來解決,這兩個常見解題套路,對於解決幾何綜合作用非常大。

題目

如圖,已知正方形ABCD的邊長為4,點P是AB邊上的一個動點,連接CP,過點P作PC的垂線交AD於點E,以PE為邊作正方形PEFG,頂點G在線段PC上,對角線EG、FP相交於點O

(1)若AP=3,求AE的長;

(2)連接AC,判斷點O是否在AC上,並說明理由;

(3)在點P從點A到點B的運動過程中,正方形PEFG也隨之運動,求DE的最小值。

追根溯源解決幾何動點引起的共線問題和最值問題

​解析

(1)“一線三直角”的典型圖例,△APE∽△BCP,利用比例式求得AE=3/4;

(2)證明點在線上,我們先得弄明白AC是什麼線,也許同學們都一致認為它是正方形對角線,這沒錯,但更進一步想,對角線AC還有其它身份嗎?有的,它還是內角平分線,對!就是它!AC是∠BAD的角平分線,那麼問題就變成證明點O在∠BAD的角平分線上,想到什麼定理了嗎?“到角兩邊距離相等的點,在這個角的角平分線上。”根據定理要求,我們需要過點O分別向AB、AD作垂線段OM、ON,然後很容易找到一對全等三角形,△EOM≌△PON,從而證明OM、ON,得到點O在AC上,如下圖所示:

追根溯源解決幾何動點引起的共線問題和最值問題

(3)整個圖形運動過程中,其根源是由於點P的運動,因此我們不妨設AP長為x,然後用含x的代數式來表示DE,既然是求最小值,那麼得到的DE的代數式一定可以寫成二次函數解析式,推導如下:

追根溯源解決幾何動點引起的共線問題和最值問題

解而思

總體上來講,此題難度並不高,均從常規解題思路出發,但對幾何綜合分析能力提出較高要求,不少同學在第2問中想不到利用角平分判定定理,便是沒有深刻理解AC的意義,僅僅當成正方形對角線是無論如何沒辦法的,而在第3問中,忘記曾經證明過的相似三角形還能有用,會導致無法用含x的代數式表示DE的長。動點問題,根源在哪,就設哪條線段為x,這也算是基本套路了。


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