近年來,幾何中因動點而產生線段最值問題廣泛出現,成為中考的熱點和難點。此類題型一般都會以選擇或填空的壓軸形式出現,其中又以構造"隱形圓"來解決最值問題,條件隱藏較深,學生難以把握哪些題型需要構造"隱形圓"處理,巧妙地引入輔助圓,轉化為利用圓的幾何性質來解決,往往會使問題思路豁然開朗,運算簡單便捷,過程清晰明瞭,引人入勝。
典型考題
1.(2019春•新密市期中)數學興趣小組在"中學生學習報"中瞭解到"直角三角形斜邊上的中線等於斜邊的一半",用含30°角的直角三角板做實驗,如圖,∠ACB=90°,BC=6cm,M,N分別是AB,BC的中點,標記點N的位置後,將三角板繞點C逆時針旋轉,點M旋轉到點M′,在旋轉過程中,線段NM′的最大值是( )
A.7cm B.8 cm C.9cm D.10cm
【解析】:∵∠ACB=90°,BC=6cm,∠A=30°,∴AB=2BC=12,
∵M,N分別是AB,BC的中點,∴CM=6,CN=3,
∵將三角板繞點C逆時針旋轉,點M旋轉到點M′,
在旋轉過程中,點M′始終在以C為圓心,CM為半徑的圓上,
∴當M′旋轉當與B,C在一條直線上時,即到D的位置時,線段NM′的值最大,即NM′的最大值=DN=6+3=9,故選:C.
2.(2019•霍邱縣二模)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=8,BC=6,點D是AC的中點,將CD繞著點C逆時針旋轉一週,在旋轉的過程中,點D的對應點為點E,連接AE、BE,則△AEB面積的最小值是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【解析】:如圖,作CH⊥AB於H,
∵∠ACB=90°,AC=8,BC=6,
∴由勾股定理求得AB=10,
∵1/2CH•AB=1/2AC•BC,∴CH=24/5,
∵點D是AC的中點,∴CD=4,
∵將CD繞著點C逆時針旋轉,在旋轉過程中點D的對應點為點E,
∴CE=4,即點E在以C為圓心,4為半徑的圓上,
∵點E在HC的上,點E到AB的距離最小,
∴S△AEB最小值=1/2×10×(24/5 -4)=4故選:D.
3.(2019•龍泉驛區模擬)如圖,矩形ABCD中,AB=3,BC=4,點E是AB邊上一點,且AE=2,點F是邊BC上的任意一點,把△BEF沿EF翻折,點B的對應點為G,連接AG,CG,則四邊形AGCD的面積的最小值為_______.
【解析】∵四邊形ABCD是矩形,
∴CD=AB=3,AD=BC=4,∠ABC=∠D=90°,根據勾股定理得,AC=5,
∵AB=3,AE=2,
∴點F在BC上的任何位置時,點G始終在AC的下方,
設點G到AC的距離為h,
∵S四邊形AGCD=S△ACD+S△ACG=1/2AD×CD+1/2AC×h=1/2×4×3+1/2×5×h=5/2h+6,
∴要四邊形AGCD的面積最小,即:h最小,
∵點G是以點E為圓心,BE=1為半徑的圓上在矩形ABCD內部的一部分點,
∴EG⊥AC時,h最小,即點E,點G,點H共線.
由摺疊知∠EGF=∠ABC=90°,
延長EG交AC於H,則EH⊥AC,
在Rt△ABC中,sin∠BAC=BC/AC=4/5,
在Rt△AEH中,AE=2,sin∠BAC=EH/AE=4/5,
∴EH=4/5AE=8/5,
∴h=EH﹣EG=8/5﹣1=3/5,
∴S四邊形AGCD最小=5/3h+6=5/2×3/5+6=15/2.
故答案為:15/2.
4.(2019•錦州中考題)如圖,在矩形ABCD中,AB=3,BC=2,M是AD邊的中點,N是AB邊上的動點,將△AMN沿MN所在直線摺疊,得到△A′MN,連接A′C,則A′C的最小值是________.
【解析】:∵四邊形ABCD是矩形
∴AB=CD=3,BC=AD=2,
∵M是AD邊的中點,∴AM=MD=1.
∵將△AMN沿MN所在直線摺疊,∴AM=A'M=1,
∴點A'在以點M為圓心,AM為半徑的圓上,
∴如圖,當點A'在線段MC上時,A'C有最小值,
∵由勾股定理可求得MC=√10,
∴A′C的最小值=MC﹣MA'=√10﹣1.
5.(2018•連雲港模擬)如圖,Rt△ABC中,AB⊥BC,AB=6,BC=4,P是△ABC內部的一個動點,且滿足∠PAB=∠PBC,則線段CP長的最小值為_______.
【解析】:∵∠ABC=90°,∴∠ABP+∠PBC=90°,
∵∠PAB=∠PBC,∴∠BAP+∠ABP=90°,∴∠APB=90°,
∴點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC交⊙O於點P,此時PC最小,
在RT△BCO中,∵∠OBC=90°,BC=4,OB=3,
∴由勾股定理可求得OC=5,
∴PC=OC﹣OP=5﹣3=2. ∴PC最小值為2. 故答案為2.
6.(2019秋•河西區期末)如圖,在邊長為1的正方形ABCD中,將射線AC繞點A按順時針方向旋轉α度(0<α≤360°),得到射線AE,點M是點D關於射線AE的對稱點,則線段CM長度的最小值為_______.
【解析】:如圖所示:連接AM.
∵四邊形ABCD為正方形,∴由勾股定理可求得AC=√2.
∵點D與點M關於AE對稱,∴AM=AD=1.
∴點M在以A為圓心,以AD長為半徑的圓上.
如圖所示,當點A、M、C在一條直線上時,CM有最小值.
∴CM的最小值=AC﹣AM′=√2﹣1,故答案為:√2﹣1.
7.(2019秋•自貢期末)如圖,AB是⊙O的直徑,C為圓上一點,且∠AOC=120°,⊙O的半徑為2,P為圓上一動點,Q為AP的中點,則CQ的長的最值是_________ .
【解析】:如圖,連接OQ,作CH⊥AB於H.
∵AQ=QP,∴OQ⊥PA,∴∠AQO=90°,
∴點Q的運動軌跡為以AO為直徑的⊙K,連接CK,
當點Q在CK的延長線上時,CQ的值最大,
在Rt△OCH中,∵∠COH=60°,OC=2,∴OH=1/2OC=1,CH=√3,
在Rt△CKH中,由勾股定理可求得CK=√7,
∴CQ的最大值為1+√7.
8.(2019秋•南平期末)如圖,△ABO為等邊三角形,OA=4,動點C在以點O為圓心,OA為半徑的⊙O上,點D為BC中點,連接AD,則線段AD長的最小值為__________.
【解析】:如圖1,取OB的中點E,
在△OBC中,DE是△OBC的中位線,
∴DE=1/2 OC=2,即點D是在以E為圓心,2為半徑的圓上,
∴求AD的最小值就是求點A與⊙E上的點的距離的最小值,
如圖2,當D在線段AE上時,AD取最小值2√3-2.
9.(2018•臨潁縣一模)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=6,點D是邊BC的中點,點E是邊AB上的任意一點(點E不與點B重合),沿DE翻折△DBE使點B落在點F處,連接AF,則線段AF的長取最小值時,BF的長為________.
【解析】:由題意得:DF=DB,
∴點F在以D為圓心,BD為半徑的圓上,作⊙D; 連接AD交⊙D於點F,此時AF值最小,
∵點D是邊BC的中點,∴CD=BD=3;而AC=4,
由勾股定理得:AD2=AC2+CD2
∴AD=5,而FD=3,∴FA=5﹣3=2,
即線段AF長的最小值是2,
連接BF,過F作FH⊥BC於H,
∵∠ACB=90°,
∴FH∥AC,
方法總結
最值問題的必要條件是至少有一個動點,因為是動態問題,所以才會有最值.在將軍飲馬問題中,折點P就是那個必須存在的動點.並且它的運動軌跡是一條直線,解題策略就是作端點關於折點所在直線的對稱即可.
當然,動點的運動軌跡是可以變的,比如P點軌跡也可以是一個圓,就有了第二類最值問題——輔助圓.
在這類題目中,題目很少直接告訴我們動點軌跡是個圓,也很少把這個圓畫出來,因此,結合題目給的條件,分析出動點的軌跡圖形,將是我們面臨的最大的問題.
若已經確定了動點的軌跡圓,接下來求最最值的問題就會變得簡單了,比如:如下圖,A為圓外一點,在圓上找一點P使得PA最小.
應用的幾何性質: ① 三角形的三邊關係:兩邊之和大於第三邊,兩邊之差小於第三邊; ② 兩點間線段最短; ③ 連結直線外一點和直線上各點的所有線段中,垂線段最短; ④ 定圓中的所有弦中,直徑最長。
幾何圖形中的最值問題多涉及動點,對於這類問題的解答,首要的關鍵在於分析動點的運動軌跡,而這一點往往具有較大的難度。常見情景為在動點的運動過程中,若動點與兩個定點所成的角度的大小保持不變,則該動點的運動軌跡是以兩個定點的連線為弦的圓上的一段圓弧。
若對於動點的運動軌跡,若一時難以判斷,可通過多畫幾個圖形,利用動點在不同位置的各個圖形進行比較,猜想動點的運動軌跡是什麼圖形,再加以分析。要學會思考,總結,通過一道小題目去撬開這類題型的解題方法,只有這樣才能真正掌握學習的真諦,才能達到舉一反三的能力。
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