中考提分新策略,三大思維模型助力破解四邊形最值難題

2021-01-17 中學數學精準輔導

四邊形中的最值問題其實是三角形中最值問題的延伸,這類最值問題涉及到的知識點有五個:應用兩點之間線段最短;應用垂線段最短;應用三角形三邊之間的關係;應用軸對稱、旋轉、平移(初中三大幾何變化);構造軌跡圓求最值(包括定角模型、定線模型、隱含圓模型),舉例說明如下:

模型1 將軍飲馬模型

1.(2019永安市一模)如圖,在平面直角坐標系中,矩形ABCD的頂點B在原點,點A、C在坐標軸上,點D的坐標為(6,4),E為CD的中點,點P、Q為BC邊上兩個動點,且PQ=2,要使四邊形APQE的周長最小,則點P的坐示應為(  )

A.(2,0)B.(8/3,0)C.(4,0)D.(14/3,0)

【解析】要使四邊形APQE的周長最小,由於AE與PQ都是定值,只需AP+EQ的值最小即可.為此,在AD上截取線段AF=DE=2,作F點關於BC的對稱點G,連接EG與BC交於一點即為Q點,過Q點作FQ的平行線交BC於一點,即為P點,過G點作BC的平行線交DC的延長線於H點.

∵GH=DF=6,EH=2+4=6,∠H=90°,∴∠GEH=45°,∴∠CEQ=45°,

設BP=x,則CQ=BC﹣BP﹣PQ=6﹣x﹣2=4﹣x,

在△CQE中,∵∠QCE=90°,∠CEQ=45°,∴CQ=EC,∴4﹣x=2,

解得x=2.∴P的坐示應為(2,0).故選:A.

2.(2019武昌區模擬)如圖,在平面直角坐標系中,已知正方形ABCO,A(0,3),點D為x軸上一動點,以AD為邊在AD的右側作等腰Rt△ADE,∠ADE=90°,連接OE,則OE的最小值為(  )

A.3√2/2B.√2C.2√2D.3√2

【解析】本題考查旋轉變換,正方形的性質,全等三角形的判定和性質,等腰直角三角形的判定和性質,垂線段最短,一次函數等知識,解題的關鍵是學會添加常用輔助線,構造全等三角形解決問題,學會用轉化的思想思考問題,屬於中考選擇題中的壓軸題.如圖,作EH⊥x軸於H,連接CE.

∵∠AOD=∠ADE=∠EHD=90°,∴∠ADO+∠EDH=90°,∠EDH+∠DEH=90°,

∴∠ADO=∠DEH,∵AD=DE,∴△ADO≌△DEH(AAS),∴OA=DH=OC,OD=EH,∴OD=CH=EH,∴∠ECH=45°,∴點E在直線y=x﹣3上運動,作OE′⊥CE,則△OCE′是等腰直角三角形,∵OC=3,∴OE′=3√2/2,∴OE的最小值為3√2/2.故選:A.

類型2 旋轉模式

4.(2017秋昌江區校級期末)如圖,P是正方形ABCD外一點,PA=√2,PB=4,則當線段PD取最長時,∠APB=_______.

【解析】本題考查了旋轉的性質,正方形的性質,三角形的三邊關係,確定P′B取得最大值時點P′的位置是本題的關鍵.

如圖,將△PAD繞點A順時針旋轉90°得到△P'AB,PD的最大值即為P'B的最大值,∵旋轉,∴AP=AP',∠PAP'=90°∴∠APP'=45°,根據三角形的三邊關係可得:PP'+PB>P'B

∴當點P',點P,點B三點共線時,P'B取得最大值,即PD取得最大值,∴∠APB=180°﹣∠APP'=135°

5.(2018秋江岸區期末)如圖,點C為線段AB的中點,E為直線AB上方的一點,且滿足CE=CB,連接AE,以AE為腰,A為頂角頂點作等腰Rt△ADE,連接CD,當CD最大時,∠DEC=______.

【解析】本題考查旋轉變換,等腰直角三角形的性質,全等三角形的判定和性質,三角形的三邊關係等知識,解題的關鍵是添加常用輔助線構造全等三角形.

如圖1中,將線段CA繞點A逆時針旋轉90°得到線段AH,連接CH,DC.

∵∠DAE=∠HAC=90°,∴∠DAH=∠EAC,

∵DA=EA,HA=CA,∴△DAH≌△EAC(SAS),∴DH=CE=定值,

∵CD≤DH+CH,CH是定值,∴當D,C,H共線時,DC定值最大,如圖2中,此時∠AHD=∠ACE=135°,

∴∠ECB=45°,∠DCE=∠ACE﹣∠ACH=90°,

∵∠ECB=∠CAE+∠CEA,∵CA=CE,∴∠CAE=∠CEA=22.5°,

∴∠ADH=∠AEC=22.5°,∴∠CDE=45°﹣22.5°=22.5°,

∴∠DEC=90°﹣22.5°=67.5°.故答案為:67.5°.

模型3 構造軌跡輔助圓模式

6.(2019全椒縣一模)如圖,點E、F是正方形ABCD的邊BC上的兩點(不與B、C兩點重合),過點B作BG⊥AE於點G,連接FG、DF,若AB=2,則DF+GF的最小值為(  )

7.(2018秋武昌區期中)如圖三角形ABC中,AB=3,AC=4,以BC為邊向三角形外作等邊三角形BCD,連AD,則當∠BAC=______ 度時,AD有最大值______-.

【解析】如圖,在直線AC的上方作等邊三角形△OAC,連接OD.

∵△BCD,△AOC都是等邊三角形,

∴CA=CO,CB=CD,∠ACO=∠BCD,∴∠ACB=∠OCD,

在△ACB和∠OCD中,AC=OC, ∠ACB=∠OCD,BC=DC,

∴△ACB≌△OCD,∴OD=AB=3,

∴點D的運動軌跡是以O為圓心OD長為半徑的圓,

∴當D、O、A共線時,AD的值最大,最大值為OA+OD=4+3=7.

∵△ACB≌△OCD,∴∠CAB=∠DOC,

∵當D、O、A共線時,∠DOC=180°﹣60°=120°,

∴當∠BAC=120度時,AD有最大值為7.

故答案為120,7.

總結:對於將軍飲馬模型的最值問題,解題的關鍵是先利用軸對稱知識進行等量轉換,再依據「兩點之間線段短」、「垂線段最短」、「三角線中,兩邊之和大於第三邊」等求最短距離(最小值)。

最值問題求解問題過程中一定要注意常用方法:①兩點之間線段最短;②點到直線的距離最短。而兩點之間線段最短,一定要找到兩個定點。如果題目中,沒有出現,一定要通過作點軸對稱或旋轉方式匯集已知條件,找到這一個隱藏的定點。且這個隱藏的定點,一定是題目中出現的特殊點。

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