初中數學:利用「斜邊大於直角邊」解一類幾何最值問題

2020-12-13 初中數學解題秀

常識告訴我們,直角三角形中,斜邊大於直角邊。基於這一樸素的數學知識,可以解一類幾何最值問題。下面先展示一下模型:

如圖①:直角三角形,斜邊大於直角邊。

如圖②:直角梯形,斜腰大於直腰。

如圖③:E是動點,垂線段最短。

上述內容,看似沒有新奇,但是數學中常常「平中見奇」,「於無聲處聽驚雷」,下面就來看兩個題目,感受妙用!

例1:在直角三角形△ABC中,∠C=90°,AB=4√3,F是線段AC上一點,經過A的圓F交AB於D,且有ED=EB,則EF的最小值為________

解析:①粗看本題,「手足無措」,EF如何安排呢?

②細看會發現一個「好」條件:ED=EB,那△EDB不就是等腰三角形嗎?馬上想到「三線合一」作EG⊥DB;再看F是圓心,如果再作FH⊥AD,那麼四邊形FHGE就是直角梯形了!

③而HG=DH+DG,由圓中垂徑定理得DH是AD一半;由等腰三角形三線合一得DG是DB一半,所以HG=DH+DG=1/2(AD+DB)=1/2AB=2√3.

④「直角梯形,斜腰大於直腰」,就會得到EF≥HG.所以EF≥2√3.

本題要抓住等腰三角形,垂徑定理這兩個常用條件,它們都會產生「中點」,恰恰是本題快速計算的關鍵。聰明的讀者,自然會提出問題,如果沒有ED=EB這個條件呢?答案是題目依然可以做的,此時△BEG∽△BAC,配合其他新增條件,還是可以表示出GB和DG,餘下方法相同。

例2:如圖,將一個邊長為2√3的等邊三角形△ABC對摺,使A落到BC上,摺痕為DE,求摺疊過程中AD的最小值。

這道題涉及等邊三角形+翻折,看起來沒有任何違和感,但是如何下手,頓生突兀!

請注意,翻折不變性DA=DA',還有題中有好角60°,解題要從這裡著眼。若果過D作BC的垂線段DG,就可以出現兩個直角三角形△DBG和△DGA',顯然這兩個三角形都和AD有關係,而且∠B=60°,好用好用!

如圖出現黃色染色直角三角形,它是一個動態三角形,根據「直角三角形,斜邊大於直角邊」可以建立起不等式關係,快速解題。設AD=A'D=x,用x表示出相關線段DB=4-x,DG=√3/2DB,就可以了。解題思路和過程是否出乎你的意料呢?

本文講的本質是「斜大於等於直」,放大到更加廣義的平面幾何範疇內,哪裡有垂直,哪裡有直角三角形,哪裡有直角梯形,哪裡就會出現「斜大於等於直」的情況。所以這是一條樸素到塵埃裡的一條幾何性質,具有廣譜性,大家在求線段最值問題的時候,要留意這一點。

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