中考數學壓軸題分析:動點軌跡與幾何最值問題

2021-01-20 中考數學壓軸題

等邊三角形頂點在某條直線上運動產生,相當於將一個它進行旋縮。始終保持共頂點,相當於手拉手模型。

本文內容選自2020年威海中考數學壓軸題,難度中等。題目中的模型非常常見,也很容易在其它地區出現,值得學習。

【中考真題】

(2020•威海)發現規律

(1)如圖①,△ABC與△ADE都是等邊三角形,直線BD,CE交於點F.直線BD,AC交於點H.求∠BFC的度數.

 

(2)已知:△ABC與△ADE的位置如圖②所示,直線BD,CE交於點F.直線BD,AC交於點H.若∠ABC=∠ADE=α,∠ACB=∠AED=β,求∠BFC的度數.

應用結論

(3)如圖③,在平面直角坐標系中,點O的坐標為(0,0),點M的坐標為(3,0),N為y軸上一動點,連接MN.將線段MN繞點M逆時針旋轉60°得到線段MK,連接NK,OK.求線段OK長度的最小值.

 

【分析】

題(1)求角度只需利用蝴蝶型進行轉化即可,然後根據SAS進行證明得到角度相等,進而得到結論。

題(2)與題(1)類似。


題(3)求OK的最小值,因為點N在直線上運動,那麼點K也必然在直線上運動,利用垂線段最短即可得到結論。所以可以考慮確定點K的軌跡。

以OM為邊在x軸下方構造等邊三角形OMP,連接KP。由於△MNO≌△MKP(SAS),所以可以得到∠MPK=∠MON=90°,也就是說,始終有PK⊥MP,然後過點O作OQ⊥PK於點Q,那麼OQ的長度即為最小值,為PQ的一半3/2。

當然,如下圖,將△MOK繞點M順時針旋轉60°,使得與△MQN重合,易得OK=QN。由於點N在y軸上運動,所以QN垂直y軸時QN最小,此時OK也最小。


【答案】解:(1)如圖①,

∵△ABC,△ADE是等邊三角形,

∴AB=AC,AD=AE,∠BAC=∠DAE=60°=∠ABC=∠ACB,

∴∠BAD=∠CAE,

∴△BAD≌△CAE(SAS),

∴∠ABD=∠ACE,

∵∠ABD+∠EBC=∠ABC=60°,

∴∠ACE+∠EBC=60°,

∴∠BFC=180°﹣∠EBC﹣∠ACE﹣∠ACB=60°;

(2)如圖②,

∵∠ABC=∠ADE=α,∠ACB=∠AED=β,

∴△ABC∽△ADE,

∴∠BAC=∠DAE,AB/AD=AC/AE,

∴∠BAD=∠CAE,AB/AC=AD/AE,

∴△ABD∽△ACE,

∴∠ABD=∠ACE,

∵∠BHC=∠ABD+∠BAC=∠BFC+∠ACE,

∴∠BFC=∠BAC,

∵∠BAC+∠ABC+∠ACB=180°,

∴∠BFC+α+β=180°,

∴∠BFC=180°﹣α﹣β;

(3)∵將線段MN繞點M逆時針旋轉60°得到線段MK,

∴MN=NK,∠MNK=60°,

∴△MNK是等邊三角形,

∴MK=MN=NK,∠NMK=∠NKM=∠KNM=60°,

如圖③,將△MOK繞點M順時針旋轉60°,得到△MQN,連接OQ,

 

∴△MOK≌△MQN,∠OMQ=60°,

∴OK=NQ,MO=MQ,

∴△MOQ是等邊三角形,

∴∠QOM=60°,

∴∠NOQ=30°,

∵OK=NQ,

∴當NQ為最小值時,OK有最小值,

由垂線段最短可得:當QN⊥y軸時,NQ有最小值,

此時,QN⊥y軸,∠NOQ=30°,

∴NQ=1/2OQ=3/2,

∴線段OK長度的最小值為3/2.


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