中考難點,線段型最值問題的處理三利器

2021-01-11 中學數學精準輔導

線段型最值問題是歷年中考命題的熱點,常在壓軸題中出現,由於此類問題都是變化過程中,圖形大小或形狀是隨動點的運動而變化的,學生很難把握變化圖形的形狀及其大小,故大多數學生遇到最值是「談虎色變」不敢下手或無從下手,本文擬通過實例分析,一起探討線段型最值問題的三種解題策略。

利器一:化斜線為垂線,利用垂線段最短求解

1.(2019秋南丹縣期中)如圖,在Rt△ABC中,∠ABC=90°,AB=6,∠BAC=30°,∠BAC的平分線交BC於點D,E,F分別是線段AD和AB上的動點,則BE+EF的最小值是_______.

【解析】:方法一:如圖1所示,在AC邊上截取AB′=AB,作B′F⊥AB於點F,交AD於點E,

∵AD平分∠BAC,∴∠BAE=∠B′AE,AE=AE,∴△ABE≌△AB′E(SAS).

∴BE=B′E,∴B′F=B′E+EF=BE+EF,

∵垂線段最短,∴此時BE+EF最短.

∵AB=AB′=6,∠BAC=30°,∴B′F=1/2AB′=3.故答案為3.

方法二:如圖2所示,在AC邊上截取AG=AF,連接BG交AD於點E,作BH⊥AC於點H,

同方法一:得△AEG≌△AFG(SAS),∴EG=EF,∴BG=BE+EG=BE+EF,

當BG垂直於AC時最短,即BH的長最短,

∵AB=6,∠BAC=30°,∴BH=3.故答案為3.

2.(2020新撫區二模)如圖,邊長為5的等邊三角形ABC中,M是高CH所在直線上的一個動點,連接MB,將線段BM繞點B逆時針旋轉60°得到BN,連接HN.則在點M運動過程中,線段HN長度的最小值是______.

【解析】取CB的中點G,連接MG,根據等邊三角形的性質可得BD=BG,再求出∠HBN=∠MBG,根據旋轉的性質可得MB=NB,然後利用「邊角邊」證明∴△MBG≌△NBH,再根據全等三角形對應邊相等可得HN=MG,然後根據垂線段最短,MG⊥CH時,MG最短,即HN最短,

此時∵∠BCH=1/2×60°=30°,CG=1/2AB=1/2×5=2.5,

∴MG=1/2CM=1/2×2.5=1.25,∴HN=1.25,故答案為:1.25.

3.(2020新撫區二模)在△ABC中,∠ACB=45°,BC=5,AC=2√2,D是BC邊上的動點,連接AD,將線段AD繞點A逆時針旋轉90°得到線段AE,連接EC.

(1)如圖a,求證:CE⊥BC;

(2)連接ED,M為AC的中點,N為ED的中點,連接MN,如圖b.

①寫出DE、AC,MN三條線段的數量關係,並說明理由;

②在點D運動的過程中,當BD的長為何值時,M,E兩點之間的距離最小?最小值是______,請直接寫出結果.

【解析】(1)如圖a,過點A作AH⊥AC交BC於H,由「SAS」可證△HAD≌△CAE,可得∠ACE=∠AHD=45°,可得結論;

(2)①如圖b,連接AN,CN,由直角三角形的性質和等腰三角形的性質可得AN=CN=DN=EN=1/2DE,MN⊥AC,AM=CM=1/2AC,由勾股定理可得結論, MN2+1/4AC2=1/4DE2;

②根據垂線段最短即可解決問題.如圖c中,

由(1)可知∠ECB=90°,∴CE⊥BC,

∴當ME⊥EC時,ME的值最小,

在Rt△ABC中,∵AH=AC=2√2,∴HC=4,

∵AM=MC=√2,

在Rt△CME中,∵∠ECM=∠CME=45°,

∴EC=EM=1,由(1)可知:△HAD≌△CAE,∴HD=EC=1,

∴CD=4﹣1=3,

∴BD=5﹣3=2,∴當BD=2時,EM的值最小,最小值為1,故答案為:1.

方法歸納:

1、由上述例題可以發現「斜大於直」問題考察題型較為廣泛,可以是單一線段最值,也可以是多條線段最值,還能是含係數的線段和的最值問題,無論是哪一種題型,都可以利用轉化思想對問題進行巧妙處理。

1)單線段的最值常見於直線型的點到直線的距離,利用「隱點」和「隱線」加大題目難度

2)多線段和的最值始終遵循「同化異,折化直」的解題思路,如遇線段係數,通過三角函數進行轉化

2、始終抓住「斜大於直」進行解題

利器二:利用將軍飲馬模型,化折線為直線

4.(2019秋恩施市期末)如圖,△ABC中,AB=16,BC=10,AM平分∠BAC,∠BAM=15°,點D、E分別為AM、AB的動點,則BD+DE的最小值是______.

【解析】:作BF⊥AC於點F,如圖所示,

∵在△ABC中,AB=16,BC=10,AM平分∠BAC,∠BAM=15°,∠BFA=90°,∴∠BAC=30°,∴AB=2BF,∴BF=8,

∵AM平分∠BAC,點D、E分別為AM、AB的動點,F

∴BD+DE的最小值是BF,∴BD+DE=8,故答案為:8.

5.(2019秋平谷區期末)如圖,△ABC是等邊三角形,AB=2,AD是BC邊上的高,E是AC的中點,P是AD上的一個動點,則PE+PC的最小值為(  )

A.1 B.2 C.√3 D.2√3

【解析】根據等邊三角形的三線合一的性質,連接BE交AD於點P,此時PB=PC,即可得到PE+PC的最小值即為BE的長.如圖,連接BE交AD於點P′,

∵,△ABC是等邊三角形,AB=2,AD是BC邊上的高,E是AC的中點,

∴AD、BE分別是等邊三角形ABC邊BC、AC的垂直平分線,

∴P′B=P′C,P′E+P′C=P′E+P′B=BE,根據兩點之間線段最短,點P在點P′時,PE+PC有最小值,最小值即為BE的長.利用勾股定理可求得BE=√3,所以P′E+P′C的最小值為√3.故選:C.

6.(2019秋碑林區校級月考)如圖,在四邊形ABCD中,∠BAD=90°,AB=AD.連接AC,若AC=5√2,則CD+CB的最小值為_______.

【解析】根據旋轉的性質將三角形ADC繞點A旋轉90度到三角形ABE,使DC和BC在一條直線上,根據等腰直角三角形的性質即可求解.如圖

易得△ABE≌△ADC,∴AE=AC=5√2,BE=DC,∠EAB=∠CAD,

∴∠EAC=∠BAD=90°,∴利用勾股定理可求得EC=10,∴CD+CB=CB+BE=EC=10.

7.(2018秋碑林區期末)如圖,在四邊形ABCD中,∠B=∠D=90°,AB=BC,∠DAC=30°,AC=2,設Q,R分別是AB、AD上的動點,則△CQR的周長最小值是_______.

【解析】:如圖所示:

分別作點C關於AB、AD的對稱點E、F,連接EF與AB、AD交於點Q、R,

此時△CQR的周長最小.根據對稱性得:CR=ER,CQ=FQ,∴CR+CQ+QR=ER+FQ+QR=EF,∴△CQR的周長即為EF的長.

在Rt△ADC中,∵∠DAC=30°,AC=2,∴CD=1,

∵∠ABC=90°,AB=BC∴∠BAC=∠BCA=45°,∴BC=ACsin45°=√2,

∵∠ADC=∠ABC=90°,∴A、B、C、D四點共圓,∴∠CDB=∠CAB=45°,

∠CBD=∠CAD=30°,在△CBD中,作CH⊥DB於H,

8.(2019秋黃石港區校級期中)如圖,∠AOB=20°,點M,N分別是邊OA,OB上的定點,點P,Q分別是邊OB、OA上的動點,記∠MPQ=α,∠PQN=β,當MP+PQ+QN最小時,則β﹣α的值為________.

【解析】:如圖,作M關於OB的對稱點M′,N關於OA的對稱點N′,連接M′N′交OA於Q,交OB於P,則MP+PQ+QN最小,

∴∠OPM=∠OPM′=∠NPQ,∠OQP=∠AQN′=∠AQN,

∴∠QPN=1/2(180°﹣α)=∠AOB+∠MQP=20°+1/2(180°﹣β),

∴180°﹣α=40°+(180°﹣β),∴β﹣α=40°,故答案為40°.

方法歸納:求有關折線最小問題,通常情況下都是將折線問題化為直線,利用「兩點之間線段最短」進行求解。

利器三:藉助方程或函數知識,化幾何為代數

方法歸納:將斜線轉化成直線,或將折線轉化成直線,通常要用幾何變換,需要學生有比較敏銳的眼光,一般學生很難想到,這時不妨將幾何問題代數化,將其轉化成函數的最值問題或一元二次方程根的存在性問題。

在解決有關線段和的最小值和最大值的問題的時候,我們採用的數學思想方法是「化折為直」,有時需要通過對稱變換作轉化,然後根據「兩點之間線段最短」這個知識來解決問題,這是將軍飲馬類問題的解題思想,將軍飲馬類問題根據定點個數和動點個數可以分為以下幾類:一動點兩定點(將軍飲馬原型),一定點兩動點,兩定點兩動點, 其中包括兩動點之間距離不變的問題,我們稱之為沿河飲馬問題,統統這些問題的解題策略都是:作軸對稱變換,然後化折為直,利用兩點之間線段最短來解決問題。

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