专题13 最值模型-瓜豆原理(解析版).docx
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- 专题13 最值模型-瓜豆原理解析版 专题 13 模型 原理 解析
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1、专题13 最值模型-瓜豆原理动点轨迹问题是中考的重要题型,受学生解析几何知识的局限和思维能力的束缚,该压轴点往往成为学生在中考中的一个坎,致使该压轴点成为学生在中考中失分的集中点。掌握该压轴题型的基本图形,构建问题解决的一般思路,是中考专题复习的一个重要途径。本专题就最值模型中的瓜豆原理(动点轨迹基本类型为直线型和圆弧型)进行梳理及对应试题分析,方便掌握。【模型解读】瓜豆原理:若两动点到某定点的距离比是定值,夹角是定角,则两动点的运动路径相同。主动点叫瓜,从动点叫豆,瓜在直线上运动,豆也在直线_上运动;瓜在圆周上运动,豆的轨迹也是圆。古人云:种瓜得瓜,种豆得豆“种”圆得圆,“种”线得线,谓之“
2、瓜豆原理”。模型1、运动轨迹为直线模型1-1如图,P是直线BC上一动点,连接AP,取AP中点Q,当点P在BC上运动时,Q点轨迹是? 解析:当P点轨迹是直线时,Q点轨迹也是一条直线理由:分别过A、Q向BC作垂线,垂足分别为M、N,在运动过程中,因为AP=2AQ,所以QN始终为AM的一半,即Q点到BC的距离是定值,故Q点轨迹是一条直线模型1-2如图,在APQ中AP=AQ,PAQ为定值,当点P在直线BC上运动时,求Q点轨迹? 解析:当AP与AQ夹角固定且AP:AQ为定值的话,P、Q轨迹是同一种图形。理由:当确定轨迹是线段的时候,可以任取两个时刻的Q点的位置,连线即可,比如Q点的起始位置和终点位置,连
3、接即得Q点轨迹线段。【最值原理】动点轨迹为一条直线时,利用“垂线段最短”求最值。1)当动点轨迹确定时可直接运用垂线段最短求最值;2)当动点轨迹不易确定是直线时,可通过以下三种方法进行确定:观察动点运动到特殊位置时,如中点,端点等位置时是否存在动点与定直线的端点连接后的角度不变,若存在该动点的轨迹为直线;当某动点到某条直线的距离不变时,该动点的轨迹为直线;当一个点的坐标以某个字母的代数式表示时,若可化为一次函数,则点的轨迹为直线;若动点轨迹用上述方法都合适,则可以将所求线段转化为其他已知轨迹的线段求值。例1(2021四川绵阳中考真题)如图,在中,且,若,点是线段上的动点,则的最小值是()ABCD
4、【答案】A【分析】根据相似三角形的性质得到,得到,过B作于H,根据等腰三角形的性质得到,根据勾股定理得到,当时,PQ的值最小,根据相似三角形的性质即可得到结论【详解】解:,解得:(负值舍去),过B作于H,当时,PQ的值最小,故选:A【点睛】本题考查了相似三角形的判定和性质,勾股定理,等腰三角形的判定和性质,正确的作出辅助线构造相似三角形是解题的关键例2(2021四川广元中考真题)如图,在中,点D是边的中点,点P是边上一个动点,连接,以为边在的下方作等边三角形,连接则的最小值是()AB1CD【答案】B【分析】以CD为边作等边三角形CDE,连接EQ,由题意易得PDC=QDE,PD=QD,进而可得P
5、CDQED,则有PCD=QED=90,然后可得点Q是在QE所在直线上运动,所以CQ的最小值为CQQE时,最后问题可求解【详解】解:以CD为边作等边三角形CDE,连接EQ,如图所示:是等边三角形,CDQ是公共角,PDC=QDE,PCDQED(SAS),点D是边的中点,PCD=QED=90,点Q是在QE所在直线上运动,当CQQE时,CQ取的最小值,;故选B【点睛】本题主要考查等边三角形的性质、含30直角三角形的性质及最短路径问题,熟练掌握等边三角形的性质、含30直角三角形的性质及最短路径问题是解题的关键例3(2022湖北鄂州市三模)如图,在边长为的正方形中,是边的中点,是边上的一个动点不与重合,以
6、线段为边在正方形内作等边,是边的中点,连接,则在点运动过程中,的最小值是()ABCD【答案】C【分析】连接AM,在点运动过程中,点M在EAF的平分线上,所以当AMPM时,PM取得最小值,根据等边三角形的性质得到AMEF,EAM=30,求得PAM=60,进而即可得到PM最小值【详解】解:P是边AD的中点,AD=6,AP=3,如图,连接AM,等边,是边的中点,AM平分EAF,在点运动过程中,点M在EAF的平分线上,当AMPM时,PM取得最小值,是等边的边的中点,PMAM, EAM=30,PAM=60,PM=AP=,故选:C【点睛】本题考查了正方形的性质,垂线段最短,等边三角形的性质,推出在点E运动
7、过程中,点M在EAF的平分线上,是解题的关键例4(2022山东日照中考真题)如图,在平面直角坐标系xOy中,点A的坐标为(0,4),P是x轴上一动点,把线段PA绕点P顺时针旋转60得到线段PF,连接OF,则线段OF长的最小值是_【答案】2【分析】点F运动所形成的图象是一条直线,当OFF1F2时,垂线段OF最短,当点F1在x轴上时,由勾股定理得:,进而得,求得点F1的坐标为,当点F2在y轴上时,求得点F2的坐标为(0,-4),最后根据待定系数法,求得直线F1F2的解析式为y=x-4,再由线段中垂线性质得出,在RtOF1F2中,设点O到F1F2的距离为h,则根据面积法得,即,解得h=2,根据垂线段
8、最短,即可得到线段OF的最小值为2【详解】解:将线段PA绕点P顺时针旋转60得到线段PF,APF=60,PF=PA,APF是等边三角形,AP=AF,如图,当点F1在x轴上时,P1AF1为等边三角形,则P1A=P1F1=AF1,AP1F1=60,AOP1F1,P1O=F1O,AOP1=90,P1AO=30,且AO=4,由勾股定理得:,点F1的坐标为,如图,当点F2在y轴上时,P2AF2为等边三角形,AOP2O,AO=F2O=4,点F2的坐标为(0,-4),OF1F2=60,点F运动所形成的图象是一条直线,当OFF1F2时,线段OF最短,设直线F1F2的解析式为y=kx+b,则,解得,直线F1F2
9、的解析式为y=x-4,AO=F2O=4,AOP1F1,在RtOF1F2中,OFF1F2,设点O到F1F2的距离为h,则,解得h=2,即线段OF的最小值为2,故答案为2【点睛】本题属于三角形的综合题,主要考查了旋转的性质,勾股定理的应用,等边三角形的性质以及待定系数法的运用等,解决问题的关键是作辅助线构造等边三角形以及面积法求最短距离,解题时注意勾股定理、等边三角形三线合一以及方程思想的灵活运用例5(2022福建福州模拟预测)如图,在平面直角坐标系中,是直线上的一个动点,将绕点逆时针旋转,得到点,连接,则最小值为_【答案】【分析】设,作轴,作,作,根据可证明,由此可求,令,可得在直线上运动,当时
10、,的值最小,再由得,进而得出,即可得出答案【详解】设,过点作轴,过点作交于点,过点作交于点,.,.,.,令, 点在直线上运动,当时,的值最小.在中,令,则,令,则,在中,令,则,.,即,解得,所以的最小值为.故答案为:【点睛】本题主要考查了一次函数的图象及性质,旋转的性质,三角形全等的判定及性质,确定点的运动轨迹是解题的关键例6(2022河南南阳二模)如图所示,于点B,点D是线段BC上一个动点,且于点D,连接CE,则CE长的最小值是_【答案】3【分析】在BC上截取,构造相似,可得出,过C点作CHEQ可得出即可求出CE的长【详解】解:在BC上截取,则,中,在中,的角度固定不变,CH为CE的最小值
11、过C点作CHEQCHQ=ABQ=90CQH=QAB,CE的最小值是3.【点睛】本题主要考查相似的性质与性质,正确作出辅助线是解题的关键【模型解读】模型2、运动轨迹为圆弧模型2-1. 如图,P是圆O上一个动点,A为定点,连接AP,Q为AP中点Q点轨迹是? 【分析】观察动图可知点Q轨迹是个圆,而我们还需确定的是此圆与圆O有什么关系?考虑到Q点始终为AP中点,连接AO,取AO中点M,则M点即为Q点轨迹圆圆心,半径MQ是OP一半,任意时刻,均有AMQAOP,QM:PO=AQ:AP=1:2【总结】确定Q点轨迹圆即确定其圆心与半径,由A、Q、P始终共线可得:A、M、O三点共线,由Q为AP中点可得:AM=A
12、OQ点轨迹相当于是P点轨迹成比例缩放根据动点之间的相对位置关系分析圆心的相对位置关系;根据动点之间的数量关系分析轨迹圆半径数量关系模型2-2. 如图,P是圆O上一个动点,A为定点,连接AP,作AQAP且AQ=AP,Q点轨迹是? 【分析】Q点轨迹是个圆,可理解为将AP绕点A逆时针旋转90得AQ,故Q点轨迹与P点轨迹都是圆接下来确定圆心与半径考虑APAQ,可得Q点轨迹圆圆心M满足AMAO;考虑AP=AQ,可得Q点轨迹圆圆心M满足AM=AO,且可得半径MQ=PO即可确定圆M位置,任意时刻均有APOAQM模型2-3. 如图,APQ是直角三角形,PAQ=90且AP=2AQ,当P在圆O运动时,Q点轨迹是?
13、 【分析】考虑APAQ,可得Q点轨迹圆圆心M满足AMAO;考虑AP:AQ=2:1,可得Q点轨迹圆圆心M满足AO:AM=2:1即可确定圆M位置,任意时刻均有APOAQM,且相似比为2【模型原理】动点的轨迹为定圆时,可利用:“一定点与圆上的动点距离最大值为定点到圆心的距离与半径之和,最小值为定点到圆心的距离与半径之差”的性质求解。确定动点轨迹为圆或者圆弧型的方法:1)动点到定点的距离不变,则点的轨迹是圆或者圆弧。2)当某条边与该边所对的角是定值时,该角的顶点的轨迹是圆,具体运用如下:见直角,找斜边,想直径,定外心,现圆形;见定角,找对边,想周角,转心角,现圆形。例1(2022四川乐山三模)在RtA
14、BC中,C90,AC10,BC12,点D为线段BC上一动点以CD为O直径,作AD交O于点E,则BE的最小值为()A6B8C10D12【答案】B【分析】连接CE,可得CEDCEA90,从而知点E在以AC为直径的Q上,继而知点Q、E、B共线时BE最小,根据勾股定理求得QB的长,即可得答案【详解】解:如图,连接CE,CEDCEA90,点E在以AC为直径的Q上,AC10,QCQE5,当点Q、E、B共线时BE最小,BC12,QB13,BEQBQE8,故选:B【点睛】本题考查了圆周角定理和勾股定理,解决本题的关键是确定E点运动的规律,从而把问题转化为圆外一点到圆上一点的最短距离问题例2(2021山东威海中
15、考真题)如图,在正方形ABCD中,E为边AB上一点,F为边BC上一点连接DE和AF交于点G,连接BG若,则BG的最小值为_【答案】【分析】根据SAS证明DEAAFB,得ADE=BAF,再证明DGA=90,进一步可得点G在以AD为直径的半圆上,且O,G,B三点共线时BG取得最小值【详解】解:四边形ABCD是正方形,ABC-DAE,AD=AB,AE=BFDEAAFB, DAF+BAF=DAB=90, ADE+DAF=90DGA=90点G在以AD为直径的圆上移动,连接OB,OG,如图: 在RtAOB中,OAB=90OB= 当且公当O,G,B三点共线时BG取得最小值BG的最小值为:【点睛】此题主要考查
16、了全等三角形的判定与性质,正方形的性质,三角形三边关系,圆周角定理等相关知识,正确引出辅助线解决问题是解题的关键例3(2021四川达州中考真题)如图,在边长为6的等边中,点,分别是边,上的动点,且,连接,交于点,连接,则的最小值为_【答案】【分析】首先证明,推出点P的运动轨迹是以O为圆心,OA为半径的弧连接CO交O于,当点P运动到时,CP取到最小值【详解】如图所示,边长为6的等边, 又点P的运动轨迹是以O为圆心,OA为半径的弧此时连接CO交O于,当点P运动到时,CP取到最小值,又,即故答案为:【点睛】本题考查全等三角形的判定和性质、等边三角形的性质、圆、特殊角的三角函数等相关知识关键是学会添加
17、辅助线,该题综合性较强例4(2022广东二模)如图,在中,AB是的直径,AD,BC交于点E,点D为的中点,点G为平面内一动点,且,则AG的最小值为_【答案】#【分析】连接AC,以BE为直径作,先证明点G在上,连接AM,当AM于交于点G时,此时AG最短,再求得BEAE,CEAE1,则MGMBMEBE1,得到CMCEME2,由勾股定理得到AM,即可得到答案【详解】解:连接AC,以BE为直径作,BGEG,BGE90,点G在上,连接AM,当AM于交于点G时,此时AG最短,如图,ADBC,点D为的中点,CBDCBABADCAD,AEBE,AB为的直径,ACB90,CADBADABC90,CBDCBABA
18、DCAD30,ACAB2,BEAE,CEAE1,MGMBMEBE1,CMCEME2,AM,AGAMMG,即AG的最小值为,故答案为:【点睛】此题考查了圆周角定理、勾股定理、解直角三角形等知识,作辅助圆是解题的关键例5(2022山东二模)如图,中,点是上的点,将沿翻折,得到,过点作交的平分线于点,连接,则长度的最小值为_【答案】【分析】先求出AC=,AB=,由平行线的性质和角平分线的性质可求AB=BF=,由勾股定理可求CF的长,由点A在以点C为圆心,AC为半径的圆上,则当点A在FC上时,AF有最小值,即可求解【详解】解:如图,平分,将沿翻折,得到,点在以点为圆心,为半径的圆上,则当点在上时,有最
19、小值,最小值为,故答案为:【点睛】本题考查了翻折变换,锐角三角函数,直角三角形的性质等知识,求出CF的长是本题的关键例6(2022广西贵港三模)如图,在ABC中,点D在AC边上,且,动点P在BC边上,将PDC沿直线PD翻折,点C的对应点为E,则AEB面积的最小值是()ABC2D【答案】A【分析】连接BD,作点C关于BD的对称点N,以点D为圆心,以DC为半径作,过点D作DMAB于M,交于Q根据勾股定理,相似三角形的判定定理和性质求出DM的长度,根据轴对称的性质求出QM的长度,根据点E的运动轨迹确定当点E与点Q重合时,点E到AB的距离最短为QM,再根据三角形面积公式求解即可【详解】解:如下图所示,
20、连接BD,作点C关于BD的对称点N,以点D为圆心,以DC为半径作,过点D作DMAB于M,交于Q,DMAB于M,AMD=ACB,MAD=CAB,AD=2,DC=AC-AD=1,DQ=DC=1动点P在BC边上,PDC沿直线PD翻折,点C的对应点为E,DE=DC=DN点E在上移动当点E与点Q重合时,点E到AB的距离最短为QMAEB面积的最小值为故选:A【点睛】本题考查勾股定理,相似三角形的判定定理和性质,轴对称的性质,三角形面积公式,综合应用这些知识点是解题关键例7(2020四川成都市中考真题)如图,在矩形中,分别为,边的中点动点从点出发沿向点运动,同时,动点从点出发沿向点运动,连接,过点作于点,连
21、接若点的速度是点的速度的2倍,在点从点运动至点的过程中,线段长度的最大值为_,线段长度的最小值为_【答案】 【分析】连接EF,则EFAB,过点P作PGCD于点G,如图1,由于,而PG=3,所以当GQ最大时PQ最大,由题意可得当P、A重合时GQ最大,据此即可求出PQ的最大值;设EF与PQ交于点M,连接BM,取BM的中点O,连接HO,如图2,易证FQMEPM,则根据相似三角形的性质可得EM为定值2,于是BM的长度可得,由BHM=BEM=90可得B、E、H、M四点共圆,且圆心为点O,于是当D、H、O三点共线时,DH的长度最小,最小值为DOOH,为此只需连接DO,求出DO的长即可,可过点O作ONCD于
22、点N,作OKBC于点K,如图3,构建RtDON,利用勾股定理即可求出DO的长,进而可得答案【详解】解:连接EF,则EFAB,过点P作PGCD于点G,如图1,则PE=GF,PG=AD=3,设FQ=t,则GF=PE=2t,GQ=3t,在RtPGQ中,由勾股定理得:,当t最大即EP最大时,PQ最大,由题意知:当点P、A重合时,EP最大,此时EP=2,则t=1,PQ的最大值=; 设EF与PQ交于点M,连接BM,取BM的中点O,连接HO,如图2,FQPE,FQMEPM,EF=3,FM=1,ME=2,BHM=BEM=90,B、E、H、M四点共圆,且圆心为点O,当D、H、O三点共线时,DH的长度最小,连接D
23、O,过点O作ONCD于点N,作OKBC于点K,如图3,则OK=BK=1,NO=2,CN=1,DN=3,则在RtDON中,DH的最小值=DOOH=故答案为:,【点睛】本题考查了矩形的性质、勾股定理、相似三角形的判定和性质、四点共圆以及线段的最值等知识,涉及的知识点多、综合性强、具有相当的难度,属于中考压轴题,正确添加辅助线、熟练掌握上述知识是解题的关键课后专项训练1(2022安徽合肥市三模)如图,在RtABC纸片中,ACB90,AC4,BC3,点D,E分别在BC,AB边上,连接DE,将BDE沿DE翻折,使点B落在点F的位置,连接AF,若四边形BEFD是菱形,则AF的长的最小值为()ABCD【答案
24、】A【分析】连接BF交ED于点0,设EF与AC交于点G根据菱形的性质可得点F在ABC的平分线上运动,从而得到当AFBF时,AF的长最小再证明BEOBAF,可得,再证明AGEACB,从而得到GF=1,再由勾股定理,即可求解【详解】解:如图,连接BF交ED于点O,设EF与AC交于点G四边形BEFD是菱形,BF平分ABC,点F在ABC的平分线上运动,当AFBF时,AF的长最小在菱形BEFD中,BFED,OB=OF,EFBC,EOAF,BEOBAF,在中,AC=4,BC=3,AB=5,BE=AE=2.5,AFBF,EF=2.5,EFBC,AGEACB,GF=EF-EG=1,AGF=AGE=90,故选:
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