最值問題分代數最值和幾何最值兩類,其中代數最值主要考查方程與不等式及函數的性質,而幾何最值涉及到圖形的性質、圖形的變化、圖形與坐標多個維度.因其既能考查學生知識的靈活運用能力,又能更好的體現試題的區分度和效度,成為近幾年數學學科中考命題教師偏愛的壓軸題型之一.
初中數學幾何最值問題考查的知識要點主要有以下四個方面(1)公理:兩點之間線段最短(「將軍飲馬」問題、「螞蟻爬行」問題、「阿氏圓」問題、「兩邊之差」問題)(2)公理:垂線段最短(「跳遠」問題、「胡不歸」問題)(3)定圓中的最長弦是直徑(「不定圓」問題)(4)點和圓的位置關係(「360°旋轉」問題、「軌跡隱圓」問題).
解決此類問題的常規方法是:建模——識模——用模.下面通過一道經典問題來說一說幾何最值分析求解之道。
問題:在△ABC中,∠ACB=90°,∠ABC=30°,將△ABC繞頂點C順時針旋轉,旋轉角為θ(0°<θ<180°),得到△A1B1C.
(1)如圖1,當AB∥CB1時,設A1B1與BC相交於D.證明:△A1CD是等邊三角形;
(2)如圖2,連接AA1、BB1,設△ACA1和△BCB1的面積分別為S1、S2.求證:S1:S2=1:3;
(3)如圖3,設AC中點為E,A1B1中點為P,AC=a,連接EP,當θ= °時,EP長度最大,最大值為______.
【分析】(1)當AB∥CB1時,∠BCB1=∠B=∠B1=30°,則∠A1CD=90°﹣∠BCB1=60°,∠A1DC=∠BCB1+∠B1=60°,可證:△A1CD是等邊三角形;
(2)由旋轉的性質可證△ACA1∽△BCB1,利用相似三角形的面積比等於相似比的平方求解;
(3)連接CP,當E、C、P三點共線時,EP最長,當△ABC旋轉到△A1B1C的位置時,此時θ=∠ACA1=120°,EP=EC+CP=1/2a+a=3/2a.根據圖形求出此時的旋轉角及EP的長.
本題考查了旋轉的性質,特殊三角形的判定與性質,相似三角形的判斷與性質.關鍵是根據旋轉及特殊三角形的性質證明問題.
【解答】(1)證明:如圖,∵AB∥CB1,
∴∠BCB1=∠B=∠B1=30°,
∴∠A1CD=90°﹣∠BCB1=60°,∠A1DC=∠BCB1+∠B1=60°,
∴△A1CD是等邊三角形;
(2)證明:由旋轉的性質可知AC=CA1,∠ACA1=∠BCB1,BC=CB1,
∴△ACA1∽△BCB1,
∴S1:S2=AC2:BC2=1^2:(√3)^2=1:3;
(3):如圖,連接CP,當△ABC旋轉到△A1B1C的位置時,
此時θ=∠ACA1=120°,EP=EC+CP=1/2a+a=3/2a.
故答案為:120,3/2a.
【收穫檢測】
如圖,直角邊長為6的等腰Rt△ABC中,點D、E分別在直角邊AC、BC上,DE∥AB,EC=4.
(1)如圖1,將△DEC沿射線AC方向平移,得到△D1E1C1,邊D1E1與BC的交點為M,連接BE1,當CC1多大時,△BME1是等腰直角三角形?並說明理由.
(2)如圖2,將△DEC繞點C旋轉∠α(0°<α<360°),得到△D1E1C,連接AD1、BE1、邊D1E1的中點為F.
①在旋轉過程中,AD1和BE1有怎樣的數量關係?並說明理由;
②連接BF,當BF最大時,求AD1的值.(結果保留根號)
【提示】(1)如圖1中,連接EE1,當CC1=2時,△BME1是等腰直角三角形.利用平移不變性解決問題即可.
(2)①AD1和BE1相等.證明△BE1C≌△AD1C,即可解決問題.
②當點F在BC的延長線上時,BF最大為6+2√2.
【解題反思】
1、從「數」的角度——構造與所求線段長有關的不等關係
用來求最值的常規模型就是不等式,而與線段長有關的不等關係,最常見的就是三角形的三邊關係。所以上述三題,核心思路都是構造出與目標線段有關的三角形,然後藉助三角形的三邊關系列出與目標線段有關的不等式進行求解。本題由三邊關係得EP≤CE+CP(共線時相等),本題中CE、CP為定值(思考為什麼CP是定值),所以EP最大=CE+CP。從數的角度看,本題藉助幾何關係構造與變化線段有關的不等關係,解題的本源模型是不等式。雖是幾何題,但離不開代數的技能。
2、從「形」的角度——分析動點的運動軌跡,直觀感受線段的長短變化
深入思考後,我們可以描述出題目中動點的運動軌跡,想像出線段長短變化的動態過程。先通過動圖直觀感受下。
通過動態描述,更能夠直觀感受到線段長短變化的過程,並形象的驗證了之前藉助不等式所獲得的數量結論。請同學們思考題中動點的運動軌跡應該如何描述,為什麼是這樣的軌跡?