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“動點最值問題”在初中幾何中的分類解析

2024-10-21 00:00:00吳玉華
數(shù)理天地(初中版) 2024年19期

【摘要】動點問題是當(dāng)前中考的熱門問題,其中動點產(chǎn)生的幾何最值問題是??碱}型之一.所謂“動點最值問題”就是指在幾何圖形中,存在一個或者多個確定的點,隨著時間的推移其位置和速度發(fā)生偏移,在這一運動過程中產(chǎn)生的兩點、點線、線段等的最值問題.動點問題的涵蓋內(nèi)容非常廣泛,由于其復(fù)雜的動態(tài)變化,在解題中極為考驗學(xué)生的邏輯推理能力,因此成為中考的難點.解決這類問題的關(guān)鍵就是在動態(tài)變化中找到不變的量,本文以幾何動點中求一條邊的最值為例,分析總結(jié)幾種常見的動點類型,幫助學(xué)生形成解決動點問題的思路.

【關(guān)鍵詞】動點問題;初中數(shù)學(xué);解題思路

1將軍飲馬模型

將軍飲馬通常是兩條線段之和的最值問題,基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型為:直線l同側(cè)有兩個定點A,B,請在直線l上找一點C,使AC+BC最小.這類模型在幾何中的應(yīng)用十分廣泛,可以與三角形、矩形、圓形等幾何圖形結(jié)合出現(xiàn).

例1如圖1,正方形ABCD的邊長為8,M在DC上,且DM=2,N是AC上的一動點,則DN+MN的最小值為.

分析本題是將軍飲馬模式在四邊形中的應(yīng)用,這類問題的解題思路為:先找對稱點,化折線為直線段,再利用點線之間的定理判斷其最值.在正方形中,點B和點D關(guān)于AC對稱、首先確定對稱點,DN+MN取最小值時,即B,N,M三點一線時,所以(DN+MN)min=BM.

解析連接BM,因為點B與點D關(guān)于線段AC對稱,

所以BN=DN,當(dāng)B,N,M三點一線時,DN+MN取最小值.

已知正方形ABCD的邊長為8,DM=2,

可得CM=DC-DM=6,

根據(jù)勾股定理,在Rt△BCM中BM2=BC2+CM2=82+62=100,

所以BM=10,

所以(DN+MN)min=BM=10.

2費馬點模型

所謂的“費馬點”是指位于三角形內(nèi)且到三角形三個頂點距離之和最短的點.費馬點問題主要隱藏在求PA+PB+PC的最小值問題中,一般會將三角形繞點旋轉(zhuǎn)一定的角度,從而將三條線段轉(zhuǎn)化在同一條直線上,再利用兩點之間線段最短解決問題.

例2如圖2,在△ABC中,∠ACB=90°,點P為△ABC內(nèi)的一點,以點A為旋轉(zhuǎn)中心,將△ABP順時針旋轉(zhuǎn)60°得到△AMN,連接PA,PB,PC,當(dāng)AC=3,AB=6時,則PA+PB+PC的最小值為.

分析本題就是標(biāo)準(zhǔn)的“費馬點”模型,因此,解題時可以直接利用模型.其解題思路為:畫出四點一線時候的圖形,利用旋轉(zhuǎn)圖形全等的定理進行求值.

解析連接BN,PM,當(dāng)點P移動到P,C,M,N四點共線時,PA+PB+PC取最小值.

因為△AMN由△ABP順時針旋轉(zhuǎn)60°所得,

所以,△AMN≌△APB,

所以AP=AM,AB=AN,

又因為∠PAM=60°,∠BAN=60°,

所以△APM,△BAN均為等邊三角形,

所以PA+PB+PC=PM+MN+PC,

所以∠CAN=∠CAB+∠BAN=60°+60°=120°,

所以∠CBN=90°,在Rt△ABC中,根據(jù)勾股定理,BC2=AB2-AC2=62-32=27,

可得BC=33,

在Rt△BCN中,CN2=BC2+BN2=27+36=63,

所以CN=37,

綜上,PA+PB+PC的最小值為37.

3隱圓模型

隱圓最值問題在中考的選擇填空題中,經(jīng)常以壓軸題的形式出現(xiàn),其中運用的原理為圓外一點到圓上的距離取最小值時,即圓外點到圓心的距離減圓的半徑長度,取最大值時為圓外一點的距離加上圓的半徑長度.隱圓模型可分為定點+定長類,定角+定長類.解決隱圓問題的關(guān)鍵思路:抓圖形中的不變量,畫出動點軌跡,再利用幾何圖形的性質(zhì)求解.

例3如圖3,AC為邊長為2的菱形ABCD的對角線,∠ABC=60°,點M,N分別從點B,C同時出發(fā),以相同的速度沿BC,CA向終點C和A運動,連接AM和BN相交于點P,則△APB周長的最大值為.

分析根據(jù)題意分析可知△ABM≌△BCN,所以∠PBA+∠PAB=∠ABC=60°,∠BPA=120°,線段AB=2為定值,動點P的運動軌跡是以AB為定弦的圓,在圓的內(nèi)接三角形中,當(dāng)△ABP為等腰三角形時,周長最大.

解析因為AC為邊長為2的菱形ABCD的對角線,∠ABC=60°,

所以△ABC為等邊三角形,

所以AB=BC=AC,

因為點M,N分別從點B,C同時出發(fā),以相同的速度沿BC,CA向終點C和A運動,

所以BM=CN,可得△ABM≌△BCN,

所以∠CBN=∠BAM,

所以∠PBA+∠PAB=∠ABC=60°,∠BPA=120°,繼而可畫出點P的運動軌跡為定弦為AB,與點P形成的角∠APB=120°的內(nèi)接三角形形成的圓.

當(dāng)△APB為等腰三角形時,其周長取最大值.取AB的中點為點H,連接PH,

∠HPA=60°,∠PAH=30°,

所以∠PHA=90°,PH=12AP=12,

根據(jù)勾股定理,在Rt△PHA中,AP2=PH2+AH2,

代入數(shù)值可得,AP=233,

因為△APB為等腰三角形,

所以C△ABP=AP+BP+AB=2+433.

參考文獻:

[1]王涵.初中數(shù)學(xué)動態(tài)幾何問題的解題方法[J].數(shù)理化解題研究,2022(26):2-4.

[2]李遠(yuǎn)旺.常見平面中動點問題的分類討論[J].數(shù)理化解題研究(初中版),2012(11):7-8.

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