中考难点:说爱动点几何最值问题不容易,细说之解题思维模型

时间:2020-06-15
最值问题是初中数学的重要内容,也是一类综合性较强的问题,它贯穿初中数学的始终,是中考的热点问题。它主要考察学生对平时所学的内容的综合运用,尤其动点几何最值问题是中考热点压轴问题。几何动点最值类题型之所以能成为中考数学压轴题的常考题型,除了题型复杂、知识点多外,更主要是能很好考查一个人运用数学思想方法的能力,如常用的数学思想方法有方程思想、数学建模思想、函数思想、转化思想、分类讨论法、数形结合法等等。几何动点问题主要是以几何知识为载体,突出了对几何基本图形掌握情况的考查、数学逻辑思维能力和数学表达能力的考查。题型上变化多端,如常常以数与形、代数计算与几何证明、相似三角形的判定与性质、画图分析与列方程求解、勾股定理与函数、圆和三角相结合的综合性试题。

基本模型阐述:

所有问题的理论依据只有两个:①[定点到定点]:两点之间,线段最短;②[定点到定线]:点线之间,垂线段最短。

由此派生:③[定点到定点]:三角形两边之和大于第三边;④[定线到定线]:平行线之间,垂线段最短;⑤[定点到定圆]:点圆之间,点心线截距最短(长);⑥[定线到定圆]:线圆之间,心垂线截距最短;⑦[定圆到定圆]:圆圆之间,连心线截距最短(长)。

上面几种是解决相关问题的基本图形,所有的几何最值问题都是转化成上述基本图形解决的。考试中出现的问题都是在基本图形的基础上进行变式。举例说明如下:

类型一 与三角形有关的动点最值问题

1.如图,∠AOB=30°,点M、N分别是射线OA、OB上的动点,OP平分∠AOB,且OP=6,当△PMN的周长最小值为_____ 。

解析:动线段(或定点)应居于动点轨迹的两侧,本题的三条动线段PM、MN、PN在OA、OB的内侧。所以本题的关键是把定线段变换到动点轨迹的两侧,从而把三条动线段PM、MN、PN转化为连接两点之间的路径。如图,把点P分别沿OA、OB翻折得P1、P2,△PMN的周长转化为P1M+MN+P2N,这三条线段的和正是连接两个定点P1、P2之间的路径,从而转化为求P1、P2两点之间最短路径,得△PMN的周长最小值为线段P1P2=OP=6。

2.如图,在锐角△ABC中,AB=4,∠BAC=45°,∠BAC的平分线交BC于点D,M、N分别是AD和AB上的动点,则BM+MN的最小值是______ 。

解析:本题的问题也在于动线段BM、MN居于动点轨迹AD的同侧,同样把点N沿AD翻折至AC上,BM+MN=BM+MN',转化为求点B到直线AC的最短路径,即BN'⊥AC时,最小值为2√2。

3.如图,Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=8,D为AB中点,E、F是边AC、BC上的动点,E从A出发向C运动,同时F以相同的速度从C出发向B运动,F运动到B停止,当AE为______时,△ECF的面积最大.

解析:根据题意可以表示出△ECF的面积,然后根据二次函数的性质即可解答本题.设点E运动的距离为a,则点F运动的距离也为a,

∴当a=4时,△ECF的面积最大,故答案为:4.

【方法指导】线段的最值问题常见模型:

求线段最短:①根据直线外一点到直线的所有线段中垂线段最短求解,通过构造直角三角形用勾股定理计算②由动点引起的动直线问题,用动点横坐标列距离的关系式,根据函数的增减性求最小值

类型二 与四边形有关的动点最值问题

4.如图,在边长为4的菱形ABCD中,∠A=60°,点M是AD边的中点,点N是AB边上一动点,将△AMN沿MN所在的直线翻折得到△A′MN,连接A′C,则线段A′C长度的最小值是__________.

分析:第一步:分析题意可得,在点N的运动过程中,点A′在以M为圆心,AD的长为直径的圆上的弧上运动;

第二步:当A′C取得最小值时,由两点之间线段最短知,此时M,A′,C三点共线,得出点A′的位置;

第三步:利用锐角三角函数及勾股定理等知识即可求得A′C的长

【解答】∵MA′是定值,∴当A′C长度取最小值,

即点A′在MC上时,如答图,过点M作MF⊥CD交CD的延长线于点F.

∵在边长为4的菱形ABCD中,∠A=60°,点M为AD中点,

∴MD=2,∠FDM=60°,

∴∠FMD=30°,∴FD=1/2MD=1,∴FM=DM·cos30°=√3,

5.在正方形ABCD中,点E,F分别从D,C两点同时出发,以相同的速度在直线DC,CB上移动,连接AE和DF交于点P,由于点E,F的移动,使得点P也随之运动,若AD=4,试求出线段CP的最小值.

【分析】由题意易证△ADE≌△DCF,从而得到AE=DF,∠DAE=∠CDF,再由等角的余角相等可得AE⊥DF;由于点P在运动中保持∠APD=90°,所以点P的路径是一段以AD为直径的弧,设AD的中点为Q,连接QC交弧于点P,此时CP的长度最小,再由勾股定理可得QC的长,再求CP即可.

【解答】∵四边形ABCD是正方形,∴AD=DC=4,∠ADC=∠C=90°.

在△ADE和△DCF中,AD=DC, ∠ADC=∠C,DE=CF,

∴△ADE≌△DCF(SAS).∴AE=DF,∠DAE=∠CDF,

由于∠CDF+∠ADF=90°,∴∠DAE+∠ADF=90°.∴AE⊥DF;

由于点P在运动中保持∠APD=90°,∴点P的路径是一段以AD为直径的弧,

设AD的中点为Q,连接QC交弧于点P,此时CP的长度最小,

类型三 与圆有关的最值问题

圆的动点最值问题上述基本图形模式不是直接给出,而是以符合一定条件的动点的形式确定的;再如过定点的直线与动点所在路径不相交而需要进行变换的。类型分三种情况:(1)直接包含基本图形;(2)动点路径待确定;(3)动线(定点)位置需变换。

6.在⊙O中,圆的半径为6,∠B=30°,AC是⊙O的切线,则CD的最小值是 _______ 。

解析:由∠B=30°知弧AD一定,所以D是定点,C是直线AC上的动点,即为求定点D到定线AC的最短路径,求得当CD⊥AC时最短为3。

7.如图,在△ABC中,∠ACB=90°,AB=5,BC=3,P是AB边上的动点(不与点B重合),将△BCP沿CP所在的直线翻折,得到△B′CP,连接B′A,则B′A长度的最小值是____ 。

解析:A是定点,B'是动点,但题中未明确告知B'点的运动路径,所以需先确定B'点运动路径是什么图形,一般有直线与圆两类。此题中B'的路径是以C为圆心,BC为半径的圆弧,从而转化为定点到定圆的最短路径为AC-B'C=1。

8.如图,AB是半⊙O的直径,点C在半⊙O上,AB=5 cm,AC=4 cm,点D是弧BC上的一个动点,连接AD,过点C作CE⊥AD于点E,连接BE.在点D移动的过程中,BE的最小值为_________.

分析:第一步:连接O′E,要求BE的最小值,分析题意可知,当O′,E,B三点共线时,BE的值最小,最小值为O′B-O′E;第二步:连接BO′,BC,在点D移动的过程中,点E在以AC为直径的圆上运动,利用勾股定理求出BO′即可求解.

【解答】如答图,取AC的中点O′,连接BO′,O′E,BC.

∵CE⊥AD,∴∠AEC=90°,

∴在点D移动过程中,点E在以AC为直径的圆上运动,∴O′E=1/2AC=2.

∵AB是半⊙O直径,∴∠ACB=90°.

在Rt△ABC中,∵AC=4,AB=5,

∵O′E+BE≥O′B,∴当O′,E,B三点共线时,BE的值最小,最小值为O′B-O′E=√13-2.

归纳总结:求解动点几何最值问题用到比较高的重要几何结论及方法:如两点之间线段最短、三角形两边之和大于第三边、两边只差小于第三边、垂线段最短等,利用一次函数和二次函数性质求最值。浓缩概括如下:

1.路径成最短,折线到直线。(所求路径在一般情况下是若干折线的组合,这些折线在同一直线上时即为最短路径)

2.基本图形:动点有轨迹,动线居两边。(动点轨迹可以是线或圆,动线指动点与定点或定线、定圆的连线,动线与折线同指)

3.核心方法:同侧变异侧,分散化连续。

(动线在同侧进,要变为异侧,一般用翻折、三角、相似的方法构造;动折线被定长线段分散时需化为连续折线,一般用平移的方法构造,如造桥选址问题)
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