专题11 最值模型-阿氏圆问题(解析版).docx
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1、专题11 最值模型-阿氏圆问题最值问题在中考数学常以压轴题的形式考查,“阿氏圆”又称“阿波罗尼斯圆”,主要考查转化与化归等的数学思想。在各类考试中都以高档题为主,中考说明中曾多处涉及。本专题就最值模型中的阿氏圆问题进行梳理及对应试题分析,方便掌握。【模型背景】已知平面上两点A、B,则所有满足 PA=kPB(k1)的点P的轨迹是一个圆,这个轨迹最早由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,故称“阿氏圆”。【模型解读】如图 1 所示,O的半径为 r,点 A、B都在O 外,P为O上一动点,已知r=kOB, 连接PA、PB,则当“PA+kPB”的值最小时,P点的位置如何确定?如图2,在线段OB上截取OC使OC=k
2、r,则可说明BPO与PCO相似,即kPB=PC。故本题求“PA+kPB”的最小值可以转化为 “PA+PC”的最小值,其中与A与C为定点,P为动点,故当A、P、C三点共线时,“PA+PC”值最小。如图3所示:注意区分胡不归模型和阿氏圆模型:在前面的“胡不归”问题中,我们见识了“kPA+PB”最值问题,其中P点轨迹是直线,而当P点轨迹变为圆时,即通常我们所说的“阿氏圆”问题【最值原理】两点之间线段最短及垂线段最短解题。例1(2022安徽九年级期末)如图,在RtABC中,ACB90,CB7,AC9,以C为圆心、3为半径作C,P为C上一动点,连接AP、BP,则APBP的最小值为()A7B5CD【答案】
3、B【详解】思路引领:如图,在CA上截取CM,使得CM1,连接PM,PC,BM利用相似三角形的性质证明MPPA,可得AP+BPPM+PBBM,利用勾股定理求出BM即可解决问题答案详解:如图,在CA上截取CM,使得CM1,连接PM,PC,BMPC3,CM1,CA9,PC2CMCA,PCMACP,PCMACP,PMPA,AP+BPPM+PB,PM+PBBM,在RtBCM中,BCM90,CM1,BC7,BM5,AP+BP5,AP+BP的最小值为5故选:B例2(2020广西中考真题)如图,在Rt中,ABAC4,点E,F分别是AB,AC的中点,点P是扇形AEF的上任意一点,连接BP,CP,则BP+CP的最
4、小值是_【答案】【分析】在AB上取一点T,使得AT1,连接PT,PA,CT证明,推出,推出PTPB,推出PB+CPCP+PT,根据PC+PTTC,求出CT即可解决问题【详解】解:在AB上取一点T,使得AT1,连接PT,PA,CTPA2AT1,AB4,PA2ATAB,PATPAB,PTPB,PB+CPCP+PT,PC+PTTC,在Rt中,CAT90,AT1,AC4,CT,PB+PC,PB+PC的最小值为故答案为【点睛】本题考查等腰直角三角形的性质,三角形相似的判定与性质,勾股定理的应用,三角形的三边关系,圆的基本性质,掌握以上知识是解题的关键例3(2022四川成都模拟预测)如图,已知正方ABCD
5、的边长为6,圆B的半径为3,点P是圆B上的一个动点,则的最大值为_【答案】【分析】如图,连接,在上取一点,使得,进而证明,则在点P运动的任意时刻,均有PM=,从而将问题转化为求PD-PM的最大值连接PD,在PDM中,PD-PMDM,故当D、M、P共线时,PD-PM=DM为最大值,勾股定理即可求得【详解】如图,连接,在上取一点,使得, 在PDM中,PD-PMDM,当D、M、P共线时,PD-PM=DM为最大值,四边形是正方形在中,故答案为:【点睛】本题考查了圆的性质,相似三角形的性质与判定,勾股定理,构造是解题的关键例4(2022浙江舟山九年级期末)如图,矩形中,以B为圆心,以为半径画圆交边于点E
6、,点P是弧上的一个动点,连结,则的最小值为()ABCD【答案】C【分析】连接BP,取BE的中点G,连接PG,通过两组对应边成比例且夹角相等,证明,得到,则,当P、D、G三点共线时,取最小值,求出DG的长得到最小值【详解】解:如图,连接BP,取BE的中点G,连接PG,G是BE的中点,则,当P、D、G三点共线时,取最小值,即DG长,故选:C【点睛】本题考查矩形和圆的基本性质,相似三角形的性质和判定,解题的关键是构造相似三角形将转换成,再根据三点共线求出最小值例5(2022广东广州市第二中学九年级阶段练习)如图,在平面直角坐标系中,A(2,0),B(0,2),C(4,0),D(5,3),点P是第一象
7、限内一动点,且,则4PD+2PC的最小值为_【答案】【分析】取一点,连接OP,PT,TD,首先利用四点共圆证明,再利用相似三角形的性质证明,推出,根据,过点D作交OC于点E,即可求出DT的最小值,即可得【详解】解:如图所示,取一点,连接OP,PT,TD,A(2,0),B(0,2),C(4,0),OA=OB=2,OC=4,以O为圆心,OA为半径作,在优弧AB上取一点Q,连接QB,QA,A,P,B,Q四点共圆,过点D作交OC于点E,D的坐标为(5,3),点E的坐标为(5,0),TE=4,的最小值是,故答案为:【点睛】本题考查了四点共圆,相似三角形,勾股定理,三角形三边关系,解题的关键是掌握这些知识
8、点例6(2021浙江金华一模)问题提出:如图1,在等边ABC中,AB9,C半径为3,P为圆上一动点,连结AP,BP,求AP+BP的最小值(1)尝试解决:为了解决这个问题,下面给出一种解题思路,通过构造一对相似三角形,将BP转化为某一条线段长,具体方法如下:(请把下面的过程填写完整)如图2,连结CP,在CB上取点D,使CD1,则有又PCD PDBPAP+BPAP+PD当A,P,D三点共线时,AP+PD取到最小值请你完成余下的思考,并直接写出答案:AP+BP的最小值为 (2)自主探索:如图3,矩形ABCD中,BC6,AB8,P为矩形内部一点,且PB4,则AP+PC的最小值为 (请在图3中添加相应的
9、辅助线)(3)拓展延伸:如图4,在扇形COD中,O为圆心,COD120,OC4OA2,OB3,点P是上一点,求2PA+PB的最小值,画出示意图并写出求解过程【答案】(1)BCP,PCD,BCP,;(2)2;(3)作图与求解过程见解析,2PA+PB的最小值为【分析】(1)连结AD,过点A作AFCB于点F,AP+BPAP+PD,要使AP+BP最小,AP+AD最小,当点A,P,D在同一条直线时,AP+AD最小,即可求解;(2)在AB上截取BF2,连接PF,PC,AB8,PB4,BF2,证明ABPPBF,当点F,点P,点C三点共线时,AP+PC的值最小,即可求解;(3)延长OC,使CF4,连接BF,O
10、P,PF,过点F作FBOD于点M,确定,且AOPAOP,AOPPOF,当点F,点P,点B三点共线时,2AP+PB的值最小,即可求解【详解】解:(1)如图1,连结AD,过点A作AFCB于点F,AP+BPAP+PD,要使AP+BP最小,AP+AD最小,当点A,P,D在同一条直线时,AP+AD最小,即:AP+BP最小值为AD,AC9,AFBC,ACB60CF3,AF;DFCFCD312,AD,AP+BP的最小值为;故答案为:;(2)如图2, 在AB上截取BF2,连接PF,PC,AB8,PB4,BF2,且ABPABP,ABPPBF,PFAP,AP+PCPF+PC,当点F,点P,点C三点共线时,AP+P
11、C的值最小,CF,AP+PC的值最小值为2,故答案为:2;(3)如图3,延长OC,使CF4,连接BF,OP,PF,过点F作FBOD于点M,OC4,FC4,FO8,且OP4,OA2,且AOPAOPAOPPOF,PF2AP2PA+PBPF+PB,当点F,点P,点B三点共线时,2AP+PB的值最小,COD120,FOM60,且FO8,FMOMOM4,FM4,MBOM+OB4+37FB,2PA+PB的最小值为【点睛】本题主要考查了圆的有关知识,勾股定理,相似三角形的判定和性质,解本题的关键是根据材料中的思路构造出相似三角形.例7(2022广东二模)(1)初步研究:如图1,在PAB中,已知PA=2,AB
12、=4,Q为AB上一点且AQ=1,证明:PB=2PQ;(2)结论运用:如图2,已知正方形ABCD的边长为4,A的半径为2,点P是A上的一个动点,求2PC+PB的最小值;(3)拓展推广:如图3,已知菱形ABCD的边长为4,A=60,A的半径为2,点P是A上的一个动点,求2PCPB的最大值【答案】(1)见解析;(2)10;(3)【分析】(1)证明PAQBAP,根据相似三角形的性质即可证明PB=2PQ;(2)在AB上取一点Q,使得AQ=1,由(1)得PB=2PQ,推出当点C、P、Q三点共线时,PC+PQ的值最小,再利用勾股定理即可求得2PC+PB的最小值;(3)作出如图的辅助线,同(2)法推出当点P在
13、CQ交A的点P时,PCPQ的值最大,再利用勾股定理即可求得2PCPB的最大值【详解】解:(1)证明:PA=2,AB=4,AQ=1,PA2=AQAB=4又A=A,PAQBAPPB=2PQ;(2)如图,在AB上取一点Q,使得AQ=1,连接AP,PQ,CQAP=2,AB=4,AQ=1由(1)得PB=2PQ,2PC+PB=2PC+2PQ=2(PC+PQ)PC+PQQC,当点C、P、Q三点共线时,PC+PQ的值最小QC=5,2PC+PB=2(PC+PQ)102PC+PB的最小值为10 (3)如图,在AB上取一点Q,使得AQ=1,连接AP,PQ,CQ,延长CQ交A于点P,过点C作CH垂直AB的延长线于点H
14、易得AP=2,AB=4,AQ=1由(1)得PB=2PQ,2PCPB=2PC2PQ=2(PCPQ) ,PCPQQC,当点P在CQ交A的点P时,PCPQ的值最大QC= =,2PCPB=2(PCPQ)22PCPB的最大值为2【点睛】本题考查了圆有关的性质,正方形的性质,菱形的性质,相似三角形的判定和性质、两点之间线段最短等知识,解题的关键是学会构建相似三角形解决问题,学会用转化的思想思考问题,把问题转化为两点之间线段最短解决例8(2022江苏苏州九年级阶段练习)阅读以下材料,并按要求完成相应的任务.已知平面上两点,则所有符合且的点会组成一个圆.这个结论最先由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,称阿氏圆.阿氏
15、圆基本解法:构造三角形相似.【问题】如图1,在平面直角坐标中,在轴,轴上分别有点,点是平面内一动点,且,设,求的最小值.阿氏圆的关键解题步骤:第一步:如图1,在上取点,使得;第二步:证明;第三步:连接,此时即为所求的最小值.下面是该题的解答过程(部分):解:在上取点,使得,又.任务:将以上解答过程补充完整.如图2,在中,为内一动点,满足,利用中的结论,请直接写出的最小值.【答案】(1)(2).【分析】将PC+kPD转化成PC+MP,当PC+kPD最小,即PC+MP最小,图中可以看出当C、P、M共线最小,利用勾股定理求出即可;根据上一问得出的结果,把图2的各个点与图1对应代入,C对应O,D对应P
16、,A对应C,B对应M,当D在AB上时为最小值,所以= = 【详解】解,当取最小值时,有最小值,即三点共线时有最小值,利用勾股定理得的最小值为,提示:,的最小值为.【点睛】此题主要考查了新定义的理解与应用,快速准确的掌握新定义并能举一反三是解题的关键.课后专项训练1(2022福建南平九年级期中)如图,在RtABC中,ACB90,CB7,AC9,以C为圆心、3为半径作C,P为C上一动点,连接AP、BP,则AP+BP的最小值为()A3.B4C3D5【答案】D【分析】作辅助线构造相似三角形,进而找到P在何时会使得AP+BP有最小值,进而得到答案【详解】解:如图,连接CP,作PE交AC于点E,使 ,当B
17、、P、E三点共线,即P运动时有最小值EB 的最小值为 故选:D【点睛】本题考查相似三角形,解直角三角形;懂得依题意作辅助线构造相似三角形是解题的关键2(2022江苏无锡市九年级期中)如图,O与y轴、x轴的正半轴分别相交于点M、点N,O半径为3,点A(0,1),点B(2,0),点P在弧MN上移动,连接PA,PB,则3PA+PB的最小值为 _【答案】【分析】如图,在y轴上取一点C(0,9),连接PC, 根据,AOP是公共角,可得AOPPOC,得PC=3PA,当B,C,P三点共线时,3PA+PB的值最小为BC,利用勾股定理求出BC的长即可得答案【详解】如图,在y轴上取一点C(0,9),连接PC,O半
18、径为3,点A(0,1),点B(2,0),OP=3,OA=1,OB=2,OC=9,,AOP是公共角,AOPPOC,PC=3PA,3PA+PB=PC+PB,当B,C,P三点共线时,3PA+PB最小值为BC,BC=,3PA+PB的最小值为故答案为:【点睛】本题主要考查相似三角形的判定与性质及最小值问题,正确理解C、P、B三点在同一条直线上时3PA+PB有最小值,熟练掌握相似三角形的判定定理是解题关键3(2022陕西三模)如图,在四边形中, ,对角线,设,则的最小值为 _【答案】#【分析】如图,过点作于点,过点作交的延长线于点,在的上方构造,使得,取的中点,连接由,推出,设,则,由勾股定理求得,根据两
19、点之间线段最短可得的最小值,进而根据,即可求解【详解】解:如图,过点作于点,过点作交的延长线于点,在的上方构造,使得,取的中点,连接在中,四边形是矩形,设,则,,,,AD的最小值为,k是最小值为故答案为:【点睛】本题考查轴对称问题,勾股定理,相似三角形的性质等知识,解题的关键是相似构造相似三角形解决问题4(2022湖北武汉模拟预测)【新知探究】新定义:平面内两定点 A, B ,所有满足 = k ( k 为定值)的 P 点形成的图形是圆,我们把这种圆称之为“阿氏圆”,【问题解决】如图,在ABC 中,CB = 4 , AB= 2AC ,则ABC 面积的最大值为_【答案】【分析】以A为顶点,AC为边
20、,在ABC外部作CAP=ABC,AP与BC的延长线交于点P,证出APCBPA,列出比例式可得BP=2AP,CP=AP,从而求出AP、BP和CP,即可求出点A的运动轨迹,最后找出距离BC最远的A点的位置即可求出结论【详解】解:以A为顶点,AC为边,在ABC外部作CAP=ABC,AP与BC的延长线交于点P,APC=BPA, AB= 2ACAPCBPA,BP=2AP,CP=APBPCP=BC=42APAP=4解得:AP=BP=,CP=,即点P为定点点A的轨迹为以点P为圆心,为半径的圆上,如下图所示,过点P作BC的垂线,交圆P于点A1,此时A1到BC的距离最大,即ABC的面积最大SA1BC=BCA1P
21、=4=即ABC面积的最大值为故答案为:【点睛】此题考查的是相似三角形的判定及性质、确定点的运动轨迹和求三角形的面积,掌握相似三角形的判定及性质、圆的定义和三角形的面积公式是解决此题的关键5(2022浙江九年级期中)如图,在RtABC中,ACB90,AC6,BC8,D、E分别是边BC、AC上的两个动点,且DE4,P是DE的中点,连接PA,PB,则PA+PB的最小值为【解答】解:如图,在CB上取一点F,使得CF,连接PF,AFDCE90,DE4,DPPE,PCDE2,PCFBCP,PCFBCP,PFPB,PA+PBPA+PF,PA+PFAF,AF,PA+PB,PA+PB的最小值为,故答案为6(20
22、22江苏苏州九年级阶段练习)如图,正方形ABCD的边长为4,点E为边AD上一个动点,点F在边CD上,且线段EF4,点G为线段EF的中点,连接BG、CG,则BG+CG的最小值为 _【答案】5【分析】因为DGEF2,所以G在以D为圆心,2为半径圆上运动,取DI1,可证GDICDG,从而得出GICG,然后根据三角形三边关系,得出BI是其最小值【详解】解:如图,在RtDEF中,G是EF的中点,DG,点G在以D为圆心,2为半径的圆上运动,在CD上截取DI1,连接GI,GDICDG,GDICDG,IG,BG+BG+IGBI,当B、G、I共线时,BG+CG最小BI,在RtBCI中,CI3,BC4,BI5,故
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