有關線段最值是近年來中考數學熱點題型,也是教學中的難點,對于有關線段和之最值,我們常常會想到将軍飲馬,那麼有關于單條線段的最值可能較多的還是圓。我們先來看看圓有關基本知識吧,圓的定義:在同一個平面内,到定點等于定長的點的集合就是圓。那麼既然圓最大的特點就是半徑相等,那麼點與圓上各點間距離比較就顯而易見了。
情形1:P為圓O外一定點,則點P與圓心O距離為定值,那麼P點與圓上各點的連接線段中,最小值為圖1中PA,最大值為圖2中PA.
情形1的動态演示
情形2:P為圓O内一定點,則點P與圓上各點的連接線段中,最小值為圖4中PA,最大值為圖5中PA.
情形2的動态演示
情形3:P為圓上一定點,其到圓上其它各點的連接線段中,最大值為直徑,最小值為0.
模型特征總結:一箭穿心(所在的直線必經圓心)
例題1.如圖,Rt△ABC中,AB⊥BC,AB=8,BC=3,P是△ABC内部的一個動點,且滿足∠APB=90°,則線段CP長的最小值為 .
【分析】首先證明點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC與⊙O交于點P,此時PC最小,利用勾股定理求出OC即可解決問題.解題的關鍵是确定點P位置,學會求圓外一點到圓的最小、最大距離,屬于中考常考題型.
【解答】∵AB⊥BC,∴∠ABC=90°,
∵∠APB=90°,∴點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC交⊙O于點P,此
變式1.如圖,Rt△ABC中,AC⊥BC,AC=8,BC=12,P是△ABC内部的一個動點,且滿足∠PCA=∠PBC,則線段AP長的最小值為 .
【解析】利用∠PCA=∠PBC得∠PBC ∠PCB=90°,則∠BPC=90°,根據圓周角定理的推論可判定點P在以BC為直角的⊙O上,連接OA交⊙O于P,此時PA的長最小,然後利用勾股定理計算出OA=10, 所以PA長的最小值為10﹣6=4.故答案為4.
例題2.如圖,菱形ABCD邊長為4,∠A=60°,M是AD邊的中點,N是AB邊上一動點,将△AMN沿MN所在的直線翻折得到△A1MN,連接A1C,則A1C的最小值是 .
【分析】根據題意得出A′的位置,進而利用銳角三角函數關系求出A′C的長即可,解題的關鍵是學會添加常用輔助圓,構造直角三角形解決問題,不同的突破點是正确尋找點A′的位置.
【解答】由折疊知A′M=AM,又M是AD的中點,可得MA=MA′=MD,做點A′在以AD為直徑的圓上,如圖2,以點M為圓心,MA為半徑畫⊙M,過M作MH⊥CD,垂足為H
∵MA′是定值,A′C長度取最小值時,即A′在MC上時,
∵在邊長為4的菱形ABCD中,∠A=60°,M為AD中點,
∴2MD=AD=CD=4,∠HDM=60°,∴∠HMD=30°,
變式2-1.如圖,在邊長為8的菱形ABCD中,∠A=60°,M是邊AD的中點,N是AB上一點,将△AMN沿MN所在的直線翻折得到△A'MN,連接A'B,則A'B的取值範圍 .
【解析】連接BM,BD,依據M是邊AD的中點,△AMN沿MN所在的直線翻折得到△A'MN,即可得到點A'的軌迹為以AD為直徑的半圓M,依據A'B A'M≥BM,即可得出A'B≥BM﹣A'M=4√3﹣4,當點N與點A或點D重合時,A'B的最大值為8,即可得到A'B的取值範圍4√3﹣4≤A'B≤8.
變式2-2.如圖,在菱形ABCD中,∠D=60°,AB=2√3,P為△ACD内一點,連接AP,BP,BP與AC交于點G,且∠PAG=∠PBC.E為AD邊上一動點,則CE PE的最小值為 .
【解析】本題考查菱形的性質,等邊三角形的性質;能夠判斷出點P的運動軌迹,根據垂線段最短求最小值是解題的關鍵.由已知可以得到△ABC是等邊三角形,點P的運動軌迹在△ABC的外接圓上,過點C作CE⊥AD與圓相交于點P,與AD相交于點E,此時CE PE最小,∵∠D=60°,AB=2√3,∴CE=2√3×√3/2=3.
變式2-3.如圖,在菱形ABCD中,∠B=120°,AB=4,點E是BC的中點,點F在CD邊上,點C關于EF的對稱點為C′,連接EC′,FC′,當點F從C運動到點D的過程中,AC′長度的最大值與最小值的差為 .
【解析】先确定最大值:①當F與C重合時,C′與C重合,AC′=AC最大,作對角線求AC即可,可求得 AC′=AC=4√3;
②如圖2因為C與C′關于EF對稱,所以當點F從C運動到點D的過程中,C′在以E為圓心,以EC為半徑的圓上運動,當點C′在AE上時,AC′最小,構建直角三角形利用勾股定理求AE和C′E的長,根據AC′=AE﹣C′E=2√7﹣2,最後計算最大值與最小值的差4√3﹣(2√7﹣2)=4√3﹣2√7 2,AC′長度的最大值與最小值的差為:4√3﹣2√7 2,故答案為:4√3﹣2√7 2.
例題3.已知菱形ABCD中,∠BAC=60°,AB=4,點E為AD的中點,如圖,現将△ACD以點C為中心進行旋轉,求BE的最大值和最小值。
【解析】我們先看旋轉某個角度的圖形,如下圖,我們仍然可以類比對折時求最值的思路,先确定要求線段的兩端點中,哪個是動點,其運動所在軌迹是否是圓,再由旋轉找到定長,即圓的半徑。當圓作出來時,最大值和最小值就都迎刃而解了。BE的最大值為4 2√3,最小值4-2√3.
例題3的動态分析
變式3.如圖3,△ABC、△EFG均是邊長為4的等邊三角形,點D是邊BC、EF的中點,直線AG、FC相交于點M,當△EFG繞點D旋轉時,則線段BM長的最小值和最大值分别是 和 .
【解析】取AC的中點O,連接AD、DG、BO、OM,如圖,易證△DAG∽△DCF,則有∠DAG=∠DCF,從而可得A、D、C、M四點共圓,根據兩點之間線段最短可得BO≤BM OM,即BM≥BO﹣OM,當M在線段BO與該圓的交點處時,線段BM最小,隻需求出BO、OM的值,就可解決問題.故答案是:2√3﹣2;2√3 2.
方法總結:一箭穿心模型,通常為一條線段的最值問題,即動點的軌迹為圓或弧,利用點與圓的位置關系得到結果。
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