初中數學:巧解一道「子母三角形」的最值好題

2021-01-15 初中數學解題秀

「子母三角形」=直角三角形+斜邊的高。它是初中數學中一類非常重要的基本圖形,圖形中出現三個直角三角形,它們都是相似的,線段之間數量關係豐富,即所謂的「垂徑定理」。本文中,我改編一道「子母三角形」的好題,分享給大家。

如圖:如圖:直角三角形△ABC中,∠C=90°,CD⊥AB, AB=8。(1).求△ABC面積的最大值。(2).求AC-AD的最大值。

先看第(1)問,以AB=8為底,CD為高,顯然當CD最大時,△ABC面積的最大。那麼CD在什麼位置取最大值呢?最大值為多少呢?且看我給出兩種方法分析:

方法1:作「隱圓」秒殺!顯然直角三角形△ABC在一個「隱圓」上,這個圓的圓心在AB的中點處,直徑為AB.顯然圓是「定圓」,C是圓上的「動點」,非常容易感知當D在圓心處時候,CD最大,此時CD等於半徑4。口算此時△ABC面積是1/2×8×4=16. 如圖:

方法2:根據「直角三角形斜邊中線,等於斜邊一半」,我們可以取AB中點M,連接CM,CM=4,則直角三角形△CMD中,CM是「斜邊」,CD是「直角邊」,根據動點極限思想CD≤CM。顯然CD的最大值就是4,。口算此時△ABC面積是1/2×8×4=16. 如圖:

再看第(2)問,圖中三個直角三角形,它們都是相似的,線段之間數量關係滿足垂徑定理:AC^2=AD×AB,即AC^2=8AD.顯然AC和AD滿足二次函數關係,AC-AD=AC-1/8AC^2,是「開口向下」的「二次函數」求最值問題,通過配方法或頂點公式可以快速求解「二次函數」的最值。如圖:

「子母三角形」模型中包含的都是常見而基本的幾何要素,諸如:直角三角形+相似+隱圓+垂徑定理+斜邊中線等於斜邊一半。模型常見,性質豐富,大家好好體會。

本文主要從最值的角度,適當「動態化」來審視這個模型,題目簡潔,解法清爽,意蘊無窮,請大家收藏筆記下來,及時複習。幾何的奧妙就在於「簡約而不簡單」,美在圖中,妙在巧解處,我想這就是數學的魅力!

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