中考難點,構造出隱圓,絕殺點圓最值問題

2021-01-08 中學數學精準輔導

近年來,幾何中因動點而產生線段最值問題廣泛出現,成為中考的熱點和難點。此類題型一般都會以選擇或填空的壓軸形式出現,其中又以構造「隱形圓」來解決最值問題,條件隱藏較深,學生難以把握哪些題型需要構造「隱形圓」處理,巧妙地引入輔助圓,轉化為利用圓的幾何性質來解決,往往會使問題思路豁然開朗,運算簡單便捷,過程清晰明了,引人入勝。

典型考題

1.(2019春新密市期中)數學興趣小組在「中學生學習報」中了解到「直角三角形斜邊上的中線等於斜邊的一半」,用含30°角的直角三角板做實驗,如圖,∠ACB=90°,BC=6cm,M,N分別是AB,BC的中點,標記點N的位置後,將三角板繞點C逆時針旋轉,點M旋轉到點M′,在旋轉過程中,線段NM′的最大值是(  )

A.7cm B.8 cm C.9cm D.10cm

【解析】:∵∠ACB=90°,BC=6cm,∠A=30°,

∴AB=2BC=12,

∵M,N分別是AB,BC的中點,

∴CM=6,CN=3,

∵將三角板繞點C逆時針旋轉,點M旋轉到點M′,

在旋轉過程中,點M′始終在以C為圓心,CM為半徑的圓上,

∴當M′旋轉當與B,C在一條直線上時,即到D的位置時,線段NM′的值最大,即NM′的最大值=DN=6+3=9,故選:C.

2.(2019霍邱縣二模)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=8,BC=6,點D是AC的中點,將CD繞著點C逆時針旋轉一周,在旋轉的過程中,點D的對應點為點E,連接AE、BE,則△AEB面積的最小值是(  )

A.1 B.2 C.3 D.4

【解析】:如圖,作CH⊥AB於H,

∵∠ACB=90°,AC=8,BC=6,

∴由勾股定理求得AB=10,

∵1/2CHAB=1/2ACBC,

∴CH=24/5,

∵點D是AC的中點,

∴CD=4,

∵將CD繞著點C逆時針旋轉,在旋轉過程中點D的對應點為點E,

∴CE=4,即點E在以C為圓心,4為半徑的圓上,

∵點E在HC的上,點E到AB的距離最小,

∴S△AEB最小值=1/2×10×(24/5 -4)=4

故選:D.

3.(2019龍泉驛區模擬)如圖,矩形ABCD中,AB=3,BC=4,點E是AB邊上一點,且AE=2,點F是邊BC上的任意一點,把△BEF沿EF翻折,點B的對應點為G,連接AG,CG,則四邊形AGCD的面積的最小值為________.

【解析】∵四邊形ABCD是矩形,

∴CD=AB=3,AD=BC=4,∠ABC=∠D=90°,根據勾股定理得,AC=5,

∵AB=3,AE=2,

∴點F在BC上的任何位置時,點G始終在AC的下方,

設點G到AC的距離為h,

∵S四邊形AGCD=S△ACD+S△ACG=1/2AD×CD+1/2AC×h=1/2×4×3+1/2×5×h=5/2h+6,

∴要四邊形AGCD的面積最小,即:h最小,

∵點G是以點E為圓心,BE=1為半徑的圓上在矩形ABCD內部的一部分點,

∴EG⊥AC時,h最小,即點E,點G,點H共線.

由摺疊知∠EGF=∠ABC=90°,

延長EG交AC於H,則EH⊥AC,

在Rt△ABC中,sin∠BAC=BC/AC=4/5,

在Rt△AEH中,AE=2,sin∠BAC=EH/AE=4/5,

∴EH=4/5AE=8/5,

∴h=EH﹣EG=8/5﹣1=3/5,

∴S四邊形AGCD最小=5/3h+6=5/2×3/5+6=15/2.

故答案為:15/2.

4.(2019錦州中考題)如圖,在矩形ABCD中,AB=3,BC=2,M是AD邊的中點,N是AB邊上的動點,將△AMN沿MN所在直線摺疊,得到△A′MN,連接A′C,則A′C的最小值是_______

【解析】:∵四邊形ABCD是矩形

∴AB=CD=3,BC=AD=2,

∵M是AD邊的中點,

∴AM=MD=1.

∵將△AMN沿MN所在直線摺疊,

∴AM=A'M=1,

∴點A'在以點M為圓心,AM為半徑的圓上,

∴如圖,當點A'在線段MC上時,A'C有最小值,

∵由勾股定理可求得MC=√10,

∴A′C的最小值=MC﹣MA'=√10﹣1.

5.(2018連雲港模擬)如圖,Rt△ABC中,AB⊥BC,AB=6,BC=4,P是△ABC內部的一個動點,且滿足∠PAB=∠PBC,則線段CP長的最小值為_______.

【解析】:∵∠ABC=90°,

∴∠ABP+∠PBC=90°,

∵∠PAB=∠PBC

∴∠BAP+∠ABP=90°,

∴∠APB=90°,

∴點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC交⊙O於點P,此時PC最小,

在RT△BCO中,∵∠OBC=90°,BC=4,OB=3,

∴由勾股定理可求得OC=5,

∴PC=OC﹣OP=5﹣3=2.

∴PC最小值為2. 故答案為2.

6.(2019秋河西區期末)如圖,在邊長為1的正方形ABCD中,將射線AC繞點A按順時針方向旋轉α度(0<α≤360°),得到射線AE,點M是點D關於射線AE的對稱點,則線段CM長度的最小值為________.

【解析】:如圖所示:連接AM.

∵四邊形ABCD為正方形,

∴由勾股定理可求得AC=√2.

∵點D與點M關於AE對稱,

∴AM=AD=1.

∴點M在以A為圓心,以AD長為半徑的圓上.

如圖所示,當點A、M、C在一條直線上時,CM有最小值.

∴CM的最小值=AC﹣AM′=√2﹣1,

故答案為:√2﹣1.

7.(2019秋自貢期末)如圖,AB是⊙O的直徑,C為圓上一點,且∠AOC=120°,⊙O的半徑為2,P為圓上一動點,Q為AP的中點,則CQ的長的最值是_______.

【解析】:如圖,連接OQ,作CH⊥AB於H.

∵AQ=QP,

∴OQ⊥PA,

∴∠AQO=90°,

∴點Q的運動軌跡為以AO為直徑的⊙K,連接CK,

當點Q在CK的延長線上時,CQ的值最大,

在Rt△OCH中,

∵∠COH=60°,OC=2,

∴OH=1/2OC=1,CH=√3,

在Rt△CKH中,由勾股定理可求得CK=√7,

∴CQ的最大值為1+√7.

8.(2019秋南平期末)如圖,△ABO為等邊三角形,OA=4,動點C在以點O為圓心,OA為半徑的⊙O上,點D為BC中點,連接AD,則線段AD長的最小值為_______. 

【解析】:如圖1,取OB的中點E,

在△OBC中,DE是△OBC的中位線,

∴DE=1/2 OC=2,即點D是在以E為圓心,2為半徑的圓上,

∴求AD的最小值就是求點A與⊙E上的點的距離的最小值,

如圖2,當D在線段AE上時,AD取最小值2√3-2.

9.(2018臨潁縣一模)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=6,點D是邊BC的中點,點E是邊AB上的任意一點(點E不與點B重合),沿DE翻折△DBE使點B落在點F處,連接AF,則線段AF的長取最小值時,BF的長為______ .

【解析】:由題意得:DF=DB,

∴點F在以D為圓心,BD為半徑的圓上,作⊙D; 連接AD交⊙D於點F,此時AF值最小,

∵點D是邊BC的中點,∴CD=BD=3;而AC=4,

由勾股定理得:AD2=AC2+CD2

∴AD=5,而FD=3,∴FA=5﹣3=2,

即線段AF長的最小值是2,

連接BF,過F作FH⊥BC於H,

∵∠ACB=90°,∴FH∥AC,

方法總結

最值問題的必要條件是至少有一個動點,因為是動態問題,所以才會有最值.在將軍飲馬問題中,折點P就是那個必須存在的動點.並且它的運動軌跡是一條直線,解題策略就是作端點關於折點所在直線的對稱即可.

當然,動點的運動軌跡是可以變的,比如P點軌跡也可以是一個圓,就有了第二類最值問題——輔助圓.在這類題目中,題目很少直接告訴我們動點軌跡是個圓,也很少把這個圓畫出來,因此,結合題目給的條件,分析出動點的軌跡圖形,將是我們面臨的最大的問題.

若已經確定了動點的軌跡圓,接下來求最最值的問題就會變得簡單了,比如:如下圖,A為圓外一點,在圓上找一點P使得PA最小.

應用刀的幾何性質:

① 三角形的三邊關係:兩邊之和大於第三邊,兩邊之差小於第三邊;

② 兩點間線段最短;

③ 連結直線外一點和直線上各點的所有線段中,垂線段最短;

④ 定圓中的所有弦中,直徑最長。

幾何圖形中的最值問題多涉及動點,對於這類問題的解答,首要的關鍵在於分析動點的運動軌跡,而這一點往往具有較大的難度。常見情景為在動點的運動過程中,若動點與兩個定點所成的角度的大小保持不變,則該動點的運動軌跡是以兩個定點的連線為弦的圓上的一段圓弧。

若對於動點的運動軌跡,若一時難以判斷,可通過多畫幾個圖形,利用動點在不同位置的各個圖形進行比較,猜想動點的運動軌跡是什麼圖形,再加以分析。要學會思考,總結,通過一道小題目去撬開這類題型的解題方法,只有這樣才能真正掌握學習的真諦,才能達到舉一反三的能力。

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