专题21 最值问题中的阿氏圆模型(解析版).docx
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- 专题21 最值问题中的阿氏圆模型解析版 专题 21 问题 中的 阿氏圆 模型 解析
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1、专题21 最值问题中的阿氏圆模型 【模型展示】特点“PA+kPB”型的最值问题是近几年中考考查的热点更是难点。1、 当k值为1时,即为“PA+PB”之和最短问题,用“饮马问题”模型来处理,即可以转化为轴对称问题来处理。2、 当k取不为1的正数时,再以常规的轴对称思想来解决问题,则无法进行,因此必须转换思路。此类问题的处理通常以动点P所在图像的不同来分类:点P在直线上运动和点P在圆上运动。其中点P在直线上运动的类型称之为“胡不归”问题;点P在圆周上运动的类型称之为“阿氏圆”问题。“阿氏圆”又称“阿波罗尼斯圆”,已知平面上两点A、B,则所有满足PA=kPB(k1)的点的轨迹是一个圆,这个轨迹最早由
2、古希腊数学家阿波罗尼斯发现,故称“阿氏圆”。如图1所示,圆O的半径为r,点A、B都在圆O外,P为圆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BPO与PCO相似,即kPB=PC。故本题中“PA+kPB”的最小值可以转化为“PA+PC”的最小值,其中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31、 一般将含有k的线段两端点分别与圆心O相连,即连接OB、OP;2、 计算出线段OP与OB及OP与OA的线段比,找到线段比为k的情况3、 连接AC,与圆O的交点即为点P4、 将图2中BPO
3、单独提取出,如图4,PCOBPO(母子型相似模型)(构造出PCOBPO,就可以得到OC/OP=OP/OB,进而推出OP=OBOC,即“半径的平方原有线段构造线段”,确定C的位置后,连接AC,求出AC的长度“阿氏圆”即可破解)结论“PA+kPB”型的最值【题型演练】一、单选题1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】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
4、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二、填空题2如图,在中,以点B为圆心作圆B与相切,点P为圆B上任一动点,则的最小值是_ 【答案】【分析】作BHAC于H,取BC的中点D,连接PD,如图,根据切线的性质得BH为B的半径,再根据等腰直角三角形的性质得到BHAC,接着证明BPDBCP得到PDPC,所以PAPCPA+PD,而PA+PDAD(当且仅当A、P、D共线
5、时取等号),从而计算出AD得到PA的最小值【详解】解:作BHAC于H,取BC的中点D,连接PD,如图,AC为切线,BH为B的半径,ABC90,ABCB2,ACBA2,BHAC,BP,而PBDCBP,BPDBCP,PDPC,PAPCPA+PD,而PA+PDAD(当且仅当A、P、D共线时取等号),而AD,PA+PD的最小值为,即PA的最小值为故答案为:【点睛】本题考查了切线的性质:圆的切线垂直于经过切点的半径解决问题的关键是利用相似比确定线段PDPC也考查了等腰直角三角形的性质3如图,已知正方ABCD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
6、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4如图,边长为4的正方形,内切圆记为O,P是O上一动点,则PAPB的最小值为_【答案】【分析】PAPB(PAPB),利用相似三角形构造PB即可解答【详解】解:设O半径为r,OPrBC
7、2,OBr2,取OB的中点I,连接PI,OIIB, , ,O是公共角,BOPPOI,PIPB,APPBAPPI,当A、P、I在一条直线上时,APPB最小,作IEAB于E,ABO45,IEBEBI1,AEABBE3,AI,APPB最小值AI,PAPB(PAPB),PAPB的最小值是AI故答案是【点睛】本题是“阿氏圆”问题,解决问题的关键是构造相似三角形5【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】
8、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,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S
9、A1BC=BCA1P=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6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,PA
10、TPAB,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7如图,已知正方形ABCD的边长为4,B的半径为2,点P是B上的一个动点,则PDPC的最大值为_【答案】5【详解】分析: 由PDPCPDPGDG,当点P在DG的延长线上时,PDPC的值最大,最大值为DG5详解: 在BC上取一点G,使得BG1,如图,PBGPBC,PBGCBP,PGPC,当点P在DG的延长线上时,PDPC的值
11、最大,最大值为DG5故答案为5点睛: 本题考查圆综合题、正方形的性质、相似三角形的判定和性质等知识,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,题目比较难,属于中考压轴题8如图,在ABC中,ACB=90,BC=12,AC=9,以点C为圆心,6为半径的圆上有一个动点D.连接AD、BD、CD,则2AD+3BD的最小值是_.【答案】【分析】如下图,在CA上取一点E,使得CE=4,先证DCEACD,将转化为DE,从而求得的最小距离,进而得出2AD+3BD的最小值【详解】如下图,在CA上取一点E,使得CE=4AC=9,CD=6,CE=4ECD=AC
12、DDCEACDED=在EDB中,ED+DBEBED+DB最小为EB,即ED+DB=EB在RtECB中,EB=2AD+3DB=故答案为:【点睛】本题考查求最值问题,解题关键是构造出DCEACD三、解答题9如图1,在RTABC中,ACB90,CB4,CA6,圆C的半径为2,点P为圆上一动点,连接AP,BP,求:,的最小值【答案】;【分析】在CB上取点D,使,连接CP、DP、AD根据作图结合题意易证,即可得出,从而推出,说明当A、P、D三点共线时,最小,最小值即为长最后在中,利用勾股定理求出AD的长即可;由,即可求出结果;在CA上取点E,使,连接CP、EP、BE根据作图结合题意易证,即可得出,从而推
13、出,说明当B、P、E三点共线时,最小,最小值即为长最后在中,利用勾股定理求出BE的长即可;由,即可求出结果【详解】解:如图,在CB上取点D,使,连接CP、DP、AD,又,即,当A、P、D三点共线时,最小,最小值即为长在中,的最小值为;,的最小值为;如图,在CA上取点E,使,连接CP、EP、BE,又,即,当B、P、E三点共线时,最小,最小值即为长在中,的最小值为;,的最小值为【点睛】本题考查圆的基本性质,相似三角形的判定和性质,勾股定理正确的作出辅助线,并且理解三点共线时线段最短是解答本题的关键10如图,RtABC,ACB90,ACBC2,以C为顶点的正方形CDEF(C、D、E、F四个顶点按逆时
14、针方向排列)可以绕点C自由转动,且CD,连接AF,BD(1)求证:BDCAFC(2)当正方形CDEF有顶点在线段AB上时,直接写出BDAD的值;(3)直接写出正方形CDEF旋转过程中,BDAD的最小值【答案】(1)见解析;(2)或 ;(3)【分析】(1)利用SAS,即可证明FCADCB;(2)分两种情况当点D,E在AB边上时和当点E,F在边AB上时,讨论即可求解;(3)取AC的中点M连接DM,BM则CM1,可证得DCMACD,可得DMAD,从而得到当B,D,M共线时,BD+AD的值最小,即可求解【详解】(1)证明: 四边形CDEF是正方形,CFCD,DCFACB90,ACFDCB,ACCB,F
15、CADCB(SAS);(2)解:如图2中,当点D,E在AB边上时,ACBC2,ACB90,CDAB,ADBD,BD+AD;如图3中,当点E,F在边AB上时BDCF,AD,BD+AD,综上所述,BDAD的值或;(3)如图4中取AC的中点M连接DM,BM则CM1,CD,CM1,CA2,CD2CMCA,DCMACD,DCMACD,DMAD,BD+ADBD+DM,当B,D,M共线时,BD+AD的值最小,最小值【点睛】本题主要考查了相似三角形的判定和性质,全等三角形的判定和性质,正方形的性质,锐角三角函数,熟练掌握相关知识点是解题的关键11如图,点A、B在上,且OAOB6,且OAOB,点C是OA的中点,
16、点D在OB上,且OD4,动点P在上求2PCPD的最小值【答案】【分析】连接OP,在射线OA上截取AE=6,连接PE由题意易证,即得出,从而得出,由此可知当P、D、E三点共线时,最小,最小值为DE的长,最后在中利用勾股定理求出DE的长即可【详解】如图,连接OP,在射线OA上截取AE=6,连接PEC是OA的中点,在OPC和OEP中,即,.当P、D、E三点共线时,最小,最小值即为DE的长,如图,在中, , 的最小值为【点睛】本题考查同圆半径相等、三角形相似的判定和性质和勾股定理等知识正确作出辅助线并理解当P、D、E三点共线时,最小,最小值为DE的长是解答本题的关键12婆罗摩芨多是公元7世纪古印度伟大
17、的数学家,他在三角形、四边形、零和负数的运算规则,二次方程等方面均有建树,他也研究过对角线互相垂直的圆内接四边形,我们把这类对角线互相垂直的圆内接四边形称为“婆氏四边形”(1)若平行四边形ABCD是“婆氏四边形”,则四边形ABCD是(填序号)矩形;菱形;正方形(2)如图1,RtABC中,BAC=90,以AB为弦的O交AC于D,交BC于E,连接DE、AE、BD,AB=6,若四边形ABED是“婆氏四边形”,求DE的长(3)如图2,四边形ABCD为O的内接四边形,连接AC,BD,OA,OB,OC,OD,已知BOC+AOD=180求证:四边形ABCD是“婆氏四边形”;当AD+BC=4时,求O半径的最小
18、值【答案】(1);(2)3;(3)见解析;【分析】(1)根本圆内接四边形对角互补和平行四边形对角相等可得ABC=ADC=90,从而可证明四边形ABCD为矩形,再根据对角线互相垂直的矩形是正方形即可判断;(2)根据垂径定理和圆周角定理可得AD=DE,DEB=DEC=90,设AD=DE=m,则DC=8-m,EC=10-6=4,在RtDEC中解直角三角形即可;(3)根据圆周角定理即可得出,从而可得CED=90,继而证明结论;作OM,ON分别垂直与AD,BC,证明OAMBON,设,则,在RtBON中,根据勾股定理和二次函数的性质即可得出半径的最小值【详解】解:(1)如下图,平行四边形ABCD为O的内接
19、四边形,ABC=ADC,ABC+ADC=180,ABC=ADC=90,平行四边形ABCD为矩形,四边形ABCD是“婆氏四边形”,ACBD,矩形ABCD为正方形,故答案为:;(2)BAC=90,AB=6,,BD为直径,BED=DEC=90,四边形ABED是“婆氏四边形”,AEBD,AD=DE,AB=BE=6,设AD=DE=m,则DC=8-m,EC=10-6=4,在RtEDC中,根据勾股定理,即,解得,即DE=3;(3)设AC,BD相交于点E如图所示,BOC+AOD=180,CED=90,即ACBD,又四边形ABCD是O的内接四边形,四边形ABCD是“婆氏四边形”;如下图,作OM,ON分别垂直与A
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