有些幾何最值問題,幾何變量關係不明顯,需要挖掘變量之間關係,通過恰當設取恰當未知數,讓學生求出變量間的函數表達式,然後再讓學生求變量的最值,這類問題需要用函數模型解決,但是也有很多幾何最值問題並沒有給出求函數表達式的指令,所以很多學生想不到,對於此類問題,更多學生往往不知道應該選擇何種模型,所以應當重視這類問題。
解題策略
建立函數模型求最值一般需要以下幾個步驟:
(1)選擇自變量,確定自變量的取值範圍;
(2)求得函數解析式;
(3)在自變量取值範圍內利用配方或函數圖象的最高點(或最低點),二次函數需結合頂點公式,求得函數的最大值(或最小值).
經典考題
1.(2019秋•嘉興期末)一副三角板(△ABC與△DEF)如圖放置,點D在AB邊上滑動,DE交AC於點G,DF交BC於點H,且在滑動過程中始終保持DG=DH,若AC=2,則△BDH面積的最大值是( )
A.3 B.3√3 C.3/2 D.3√3/2
【解析】:本題考查了二次函數的性質,解直角三角形,三角形全等的判定和性質以及三角形面積,得到關於x的二次函數是解題的關鍵.
如圖,作HM⊥AB於M,∵AC=2,∠B=30°,∴AB=2√3,
∵∠EDF=90°,∴∠ADG+∠MDH=90°,
∵∠ADG+∠AGD=90°,∴∠AGD=∠MDH,
∵DG=DH,∠A=∠DMH=90°,
∴△ADG≌△MHD(AAS),∴AD=HM,
2.(2019秋•松滋市期中)如圖,四邊形ABCD的兩條對角線互相垂直,AC+BD=16,則四邊形ABCD的面積最大值是( )
A.16 B.32 C.36 D.64
【解析】:設AC=x,四邊形ABCD面積為S,則BD=16﹣x,
當x=8時,S最大=32;
所以AC=BD=8時,四邊形ABCD的面積最大,故選:B.
變式.(2019•無錫模擬)四邊形的兩條對角線AC、BD所成的銳角為45°,當AC+BD=9時,四邊形ABCD的面積最大值是( )
A.75√2/4 B.81√2/16 C.19√2 D.21√2
【解析】:過點B作BF⊥AC,與CA延長線交於點F,過點D作DE⊥AC於點E,∵AC與BD所成的銳角為45°,∴BF=OBsin45°,DE=ODsin45°,
∴四邊形ABCD的面積S=
3.(2019•順慶區校級自主招生)如圖,已知AB=8,P為線段AB上一個動點,分別以A、B為邊在AB的同側作菱形APCD和菱形PBFE,點P、C、E在同一直線上,∠DAP=60°,M、N分別是對角線AC、BE的中點.當點P在線段AB上移動時,線段MN的最小值是_____.
【解析】連接PM、PN.首先證明∠MPN=90°設PA=2a,則PB=8﹣2a,PM=a,PN=√3(4﹣a),構建二次函數,利用二次函數的性質即可解決問題;連接PM、PN.
∵四邊形APCD,四邊形PBFE是菱形,∠DAP=60°,
∴∠APC=120°,∠EPB=60°,
∵M,N分別是對角線AC,BE的中點,
∴∠CPM=1/2∠APC=60°,∠EPN=1/2∠EPB=30°,
∴∠MPN=60°+30°=90°,
4.(2019春•雁塔區校級期末)如圖,在等腰Rt△ABC中,∠C=90°,AC=8,F是AB邊上的中點,點D、B分別在AC、BC邊上運動,且保持AD=CE,連接DE、DF、EF,則△CDE面積的最大值為______.
【解析】設AD=x,則CE=AD=x,CD=8﹣x,根據三角形面積公式列式,由二次函數配方可得最大值.
∵﹣1/2<0,∴當x=4,即AD=4時,△CDE面積有最大值是8,
故答案為:8.
5.(2019•晉江市一模)如圖,點P為線段AB(不含端點A、B)上的動點,分別以AP、PB為斜邊在AB的同側作Rt△AEP與Rt△PFB,∠AEP=∠EPF=∠PFB=90°,若AE+PF=8,EP+FB=6,則線段EF的取值範圍是_______.
【解析】本題考查二次函數最值,三角形相似,勾股定理,平行線的判定,是綜合性很強的一道題;能夠通過平行得到三角形相似,能夠通過相似得到邊的關係,利用勾股定理得到二次函數的解析式,再由二次函數的值的範圍求解,因此熟練掌握相似、平行、二次函數最值的求法是解題的關鍵.
解一(函數思想):設AE=x,PE=y,則PF=8﹣x,BF=6﹣y,
∵∠AEP=∠EPF=∠PFB=90°,∴PE∥BF,∴△PEA∽△BFP,
解二(幾何思想):延長BF、AE相交於點G,連接GP,
∵∠AEP=∠EPF=∠PFB=90°,∴四邊形GFPE是矩形,∴FE=GP,
∵GF=PE,GE=BF,∴BG=BF+PE,AG=AE+FP,
∵AE+PF=8,EP+FB=6,
∴BG=6,AG=8,∴AB=10,
當GP⊥AB時,GP最小,最小值為24/5;
當EF與GA重合時,EF最大,最大值為8,
∵點P為線段AB(不含端點A、B)上的動點,∴24/5≤EF<8.
故答案為故答案為24/5≤EF<8.
6.如圖,正方形ABCD的邊長為2,點E、F分別是邊AB、CD上的動點,且AE=CF,連接EF,將線段EF繞點E逆時針旋轉90°得到線段EG,連接DG,則線段DG長的最小值為_______
【解析】:如圖,過點F作FM⊥AB於M,過點G作GH⊥AD於H,GN⊥AB於N,∵四邊形ABCD是正方形,
∴AB=BC=AD=CD=2,∠B=∠C=∠BAD=90°,
且FM⊥AB,GH⊥AD,GN⊥AB,
∴四邊形BCFM,四邊形AHGN是矩形,
∴BM=CF,NG=AH,AN=GH,MF=BC=2,
∵將線段EF繞點E逆時針旋轉90°得到線段EG,
∴EG=EF,∠GEF=90°,
∴∠NEG+∠FEM=90°,且∠NGE+∠NEG=90°,
∴∠FEM=∠NGE,且∠N=∠FME=90°,EF=EG,
∴△EGN≌△EFM(AAS)
∴NE=MF=2,EM=NG,
設AE=CF=a,
∴EM=2﹣2a=NG=AH,AN=2﹣a=GH,
∴HD=AD﹣AH=2﹣(2﹣2a)=2a,
7.如圖,在菱形ABCD中,AB=6,∠ADC=120°,P為對角線AC上的一點,過P作PE∥AB交AD與E,PF∥AD交CD於F,連接BE、BF、EF.
(1)求AC的長;
(2)求證:△BEF為等邊三角形;
(3)四邊形BEPF面積的最小值為_______.
【解析】本題考查了菱形的性質,平行四邊形的判定和性質,等邊三角形的判定和性質,三角形全等的判定和性質以及二次函數的性質,作出輔助線構建全等三角形是解題的關鍵.
(1):連接BD,交AC於G,
∵菱形ABCD中,AC和BD是對角線,
∴BD⊥AC,AG=CG=1/2AC,
∵AB=6,∠ADC=120°,∴∠BAC=∠BCA=30°,
在Rt△ABG中,AG=AB•cos∠BAC=6×√3/2=3√3,
∴AC=2AG=6√3;
(2)證明:∵在菱形ABCD中,AB=6,∠ADC=120°,
∴∠BAD=∠BCD=60°,∠ABD=∠CBD=∠ADB=∠CDB=60°,
∴△ABD是等邊三角形,∴BD=AB=BC=6,
∵PE∥AB,PF∥AD,
∴∠CPF=∠CAD,四邊形DEPF是平行四邊形,∴ED=PF,
∵AD=DC,∴∠CAD=∠ACD,∴∠CPF=∠ACD,∴PF=FC,
∴ED=FC,∴易證明△BED≌△BFC(SAS),
∴BE=BF,∠EBD=∠FBC,
∵∠FBC+∠FBD=∠CBD=60°,
∴∠EBD+∠FBD=∠EBF=60°,∴△BEF是等邊三角形;
(3)解:作PH⊥CD於H,
設FC=x,則PF=x,DF=6﹣x,
∵∠ADC=120°,PF∥AD,∴∠PFD=60°,
反思總結
在實際的解題中,如果求的是一條線段的最值或是幾條線段和(或差)的最值,那麼首選是嘗試套用常見的基本的幾何模型,若未能夠直接套用幾何模型,那麼可以先分析題目中和動點有關的數量關係,特別是一些變化過程中的不變量,通過數量關係的轉化,將其化歸為常見的基本的幾何模型(如將軍飲馬模型,胡不歸模型,阿氏圓模型等),從而解決問題.若不能用幾何模型求解,則可以尋找其中隱藏的函數關係,然後構建函數模型解決最值問題.
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