初中阶段几何最值问题中的定角定高几何模型。其中在不少各省市中考及模拟卷中均多涉及到,特别是近年五大模考高频考点,多以填空、解答压轴题为主,学生频频反映比较难,不知如何精准构造出辅助圆去求解问题
下文将从引例题设背景、分析思维、直观感知及题解模型建立、计算步骤归纳等多角度、动图演示为大家解读其求解策略,希望对大家有所帮助。
模型引入:
如图,直线AB外一点C,C到直线AB距离为定值(定高),∠ACB为定角。我们被这样的模型根据其特征称为定角定高模型;又因为,其像探照灯一样所以也叫探照灯模型。
思考:定角定高下,所构成几何模型都哪些特征?AB长的变化规律?△ABC周长变化特征?△ABC面积变化特征?
模型展示:
直观感知:
定点定高模型:构成等腰三角形(AC=BC)时:
(1)AB线段长度最小;(2)△ABC周长最小;(3)△ABC面积最小。
经典考题
1.(1)如图①,已知线段AB,以AB为斜边,在图中画出一个直角三角形;
(2)如图②,在△ABC中,∠ACB=60°,CD为AB边上的高,若CD=4,试判断AB是否存在最小值,若存在,请求出AB最小值;若不存在,请说明理由;
(3)如图③,某园林单位要设计把四边形花园划分为几个区域种植不同花草,在四边形ABCD中,∠A=45°,∠B=∠D=90°,CB=CD=6√2,点E、F分别为AB、AD上的点,若保持CE⊥CF,那么四边形AECF的面积是否存在最大值,若存在,请求出面积的最大值,若不存在,请说明理由.
【分析】本题属于三角形综合题,考查了三角形的外接圆,解直角三角形,最值问题等知识,解题的关键是学会用转化的思想思考问题,属于中考压轴题.
(1)构造辅助圆,利用直径所对圆周角相等解决问题即可.
(2)如图2中,作△ABC的外接圆⊙O,连接OA,OB,OC,作OE⊥AB于E.设OA=OC=2x.求出x的最小值即可解决问题.
(3)如图③中,连接AC,延长BC交AD的延长线于G,将△CDF顺时针旋转得到△CBH,作△CEH的外接圆⊙O.由(2)可知,当△CEH的外接圆的圆心O在线段BC上时,△ECH的面积最小,此时四边形AFCE的面积最大.
【解答】:(1)如图①中,△ABC即为所求.
(2)如图②中,作△ABC的外接圆⊙O,连接OA,OB,OC,作OE⊥AB于E.设OA=OC=2x.
∵∠AOB=2∠ACB=120°,OA=OB,OE⊥AB,
∴AE=EB,∠AOE=∠BOE=60°,
∴OE=1/2OA=x,AE=√3x,
∵OC+OE≥CD,∴3x≥4,∴x≥4/3,∴x的最小值为4/3,
∵AB=2√3x,∴AB的最小值为8√3/3.
(3)如图③中,连接AC,延长BC交AD的延长线于G,将△CDF顺时针旋转得到△CBH,作△CEH的外接圆⊙O.
∵∠ADC=∠ABC=90°,AC=AC,CD=CB,
∴Rt△ACD≌Rt△ACB(HL),∴S△ACD=S△ACB,
∵∠DAC=45°,∴∠DCB=135°,∴∠DCG=45°,
∵∠CDG=90°,∴CD=DG=6√2,
∴CG=√2CD=12,∴AB=GB=12+6√2,
由(2)可知,当△CEH的外接圆的圆心O在线段BC上时,△ECH的面积最小,此时四边形AFCE的面积最大,
设OC=OE=r,易知OB=EB=√2/2r,
∴r+√2/2r=6√2,
∴r=6√2(2﹣√2),
∴EH=√2r=12(2﹣√2),
∴四边形AFCE的面积的最大值=2×1/2×(12+6√2)×6√2﹣1/2×12(2﹣√2)×6√2=144.
2.(1)如图①,点E、F分别在正方形ABCD的边BC、CD上,∠EAF=45°将△ABE绕点A逆时针旋转90°得到△ADG,则BE,EF,FD之间的数量关系为_______;
(2)如图②,AB=AD=4,∠A=∠C=45°,请直接写出四边形ABCD面积的最积的最大值;
(3)如图③,在菱形ABCD中,AB=4,∠A=60°,△DMN为等边三角形,如果点M,N分别在菱形ABCD的边AB,BC上运动,且点M不与点A,B重合,点N不与点B,C重合,则在点M,N运动的过程中,△BMN的面积是否存在最大值?如果存在,请求出面积的最大值;如果不存在,请说明理由.
【分析】(1)先判断AE=AG,BE=DG,再判断出∠FAG=∠EAF,进而判断出△EAF≌△GAF即可得出结论;
(2)先判断出BC=BC'时,四边形ABC'D的面积最大,即可得出结论;
(3)先判断出△DMB≌△DNC,进而判断出当△DMN的面积最小时,△BMN的面积最大,即可得出结论.
【解答】:(1)EF=BE+FD,
∵将△ABE绕点A逆时针旋转90°,得到△ADG,
∴AE=AG,BE=DG,∠EAG=90°,
∵∠FAG=∠EAG﹣∠EAF=90°﹣45°=45°,
∴∠FAG=∠EAF,
∵AF=AF,∴△EAF≌△GAF,
∴EF=FG=FD+DG=FD+BE,
故答案为EF=FD+BE;
(2)四边形ABCD的面积最大为8√2,
如图,连接BD,作DH⊥AB于H,
∵∠C'=∠C=45°,
∴当C'B=C'D时,△BDC'的面积最大,此时平行四边形ABC'D的面积最大,
即:四边形ABC'D是菱形,
在Rt△AHD中,∠A=45°,AHD=90°,AD=4,
∴AH=HD=2√2,
∴S四边形ABC'D=AB•DH=8√2;
(3)存在,如图③,连接BD,
∵四边形ABCD是菱形,
∴BD=CD,DN=DM,
∵∠BDM=∠MDN﹣∠BDN,
∵∠CDN=∠BDC﹣∠BDN,∠MDN=∠BDC=60°,∴∠CDN=∠BDM,
∴△DMB≌△DNC,
∴S△DMB=S△DNC,
∴S四边形DMBN=S△DBC=1/2×4×4√3×1/2=4√3,
∵S△BMN=S四边形DMBN﹣S△DMN,
∴当△DMN的面积最小时,△BMN的面积最大,
当DN⊥BC时,△DMN的边长最短,
即:△DMN的面积最小,此时DN=2√3,
即:S△DMN=1/2×2√3×3=3√3,
∴△BMN的面积的最大值为4√3﹣3√3=√3.
解题策略:
1.等角定高模型中,当三角形面积最小值时,该三角形为等腰三角形,其定高是在对底边的垂直平分线上,说定高过该三角形外接圆圆心。
2.等角可以看做是三角形外接圆的圆周角,因此它所对圆心角不变,往往要通过圆心角所在等腰三角形,结合垂径定理来解直角三角形。
解题步骤:
1、找等角定高模型,题目中没有直接给出,可以考虑构造;
2、作等角定高三角形的外接圆,圆心到等角的对边的距离即弦心距d和半径r的关系计算出来;
3、根据" 半径与弦心距的和大于等于半径r,求 r 的取值范围;4、.用 含r的代数式 表示等角定高三角形面积,用 r 取值范围求面积最小值。
题目千变万化,万变不离其宗,看问题抓本质,勤思考多总结,定能收获满满。
解题反思:
做几何题没思路,是模型积累不够的表现。几何的基础是图形的性质,而不同的图形性质可以搭建出各个模型,从而演化出我们熟悉的典型题目。在日常学习中,同学们如果只是粗略地将所有练习题做一遍,而拒绝总结归类,可能最终并不会有太多收获。更重要的是,在遇到模型叠加及综合后,是否可以准确判断出相关模型及切入点,决定了一道几何题能否在规定时间内被攻破。
其次,不会做几何辅助线,往往是对关键词不敏感。做几何题的重点在于多种模型综合运用,对模型的熟练掌握直接体现为:题中出现关键字眼的时候可以马上在脑中反应出多种做法,并挑选出正确的做法。此外,对几何模型的掌握绝不能一知半解,否则很容易陷入错误解法的怪圈。
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