相似是幾何中轉(zhuǎn)化線段與角的重要工具。將相似與函數(shù)、圓相結(jié)合,通過添加適當(dāng)?shù)妮o助線,構(gòu)造相似圖形基本模型,可以解決線段的最值問題。
例1 如圖1,在正方形ABCD中,AB=6,AE=[13]AB,點(diǎn)F在AD上運(yùn)動(dòng)(不與A、D重合),過點(diǎn)F作FG⊥EF交CD于點(diǎn)G,則DG的最大值為 。
【解析】由“一線三等角”模型易證△AEF∽△DFG。設(shè)AF=x,則DF=6-x。通過[AEDF]=[AFDG],可得DG=[12]x(6-x)=[-12](x-3)2
[+92]?!?<x<6,∴當(dāng)x=3時(shí),DG取最大值[92]。
例2 如圖2,線段AB為⊙O的直徑,點(diǎn)C在AB的延長線上,AB=4,BC=2,點(diǎn)P是⊙O上一動(dòng)點(diǎn),連接CP,以CP為斜邊在PC的上方作Rt△PCD,且使∠DCP=60°,連接OD,則OD長的最大值為 。
【解析】本題O為定點(diǎn),所以需要尋求點(diǎn)D的運(yùn)動(dòng)軌跡。D、P兩點(diǎn)通過Rt△PCD、∠DCP=60°這兩個(gè)條件建立關(guān)系,屬于“主從聯(lián)動(dòng)”問題,因此可以通過構(gòu)造“手拉手”相似,確定點(diǎn)D的運(yùn)動(dòng)軌跡。而在Rt△PCD的三個(gè)頂點(diǎn)中,D、P都是動(dòng)點(diǎn),只有C為定點(diǎn),因此確定公共頂點(diǎn)為C,再依據(jù)Rt△PCD、∠DCP=60°這兩個(gè)條件,作△COE(如圖3),使得∠CEO=90°,∠ECO=60°,又OC=4,則CO=2CE,OE=[23],∠OCP=∠DCE。由△COP∽△CED推出[OPED]=[CPCD]=2,即ED=[12]OP=1。由點(diǎn)E是定點(diǎn),DE是定長,可得點(diǎn)D在半徑為1的⊙E上?!逴D≤OE+DE,∴OD的最大值為[23]+1。
例3 如圖4,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,D、E分別是邊BC、AC上的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn),且DE=4,P是DE的中點(diǎn),連接PA、PB,則PA+[14]PB的最小值為 。
【解析】本題要求解兩條變化的線段之和的最小值,可能會(huì)想到“將軍飲馬”基本模型,但與“將軍飲馬”模型不同的是:DE雖然是定長,但是兩個(gè)端點(diǎn)D、E在變化,因此無法作定點(diǎn)A、B關(guān)于DE的對(duì)稱點(diǎn)。其次,[14]PB如何構(gòu)造?如果僅是將PB四等分,那么依舊是“將軍飲馬”模型。因此,我們可以思考借助“相似”構(gòu)造[14]PB。連接PC,可得PC=2。將PB放到△PCB中,其中BC、PC都為定值,在BC上取點(diǎn)F,使得CF=[12],連接PF,如圖5。
∵[CPBC]=[14],[CFCP]=[14],∴[CPBC]=[CFCP]。又∵∠FCP=∠BCP,∴△BCP∽△PCF。此時(shí)△BCP與△PCF呈現(xiàn)出“反A型”相似模型,則[PFBP]=[14],那么PF=[14]BP,即PA+[14]BP=PA+PF。當(dāng)點(diǎn)A、P、F三點(diǎn)共線時(shí),PA+[14]BP的最小值為AF。在Rt△ACF中,根據(jù)勾股定理可得AF=[1452]。
(作者單位:江蘇省南京市第二十九中學(xué)初中部)