专题28 最值模型之阿氏圆模型(解析版).docx
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- 专题28 最值模型之阿氏圆模型解析版 专题 28 模型 阿氏圆 解析
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1、专题28 最值模型之阿氏圆模型 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=
2、kr,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(2023山东九年级专题练习)如图,在中,圆C半径为2,P为圆上一动点,连接最小值_最小值_【答案】 ; 【分析】如图,连接CP,在CB上取点D,使CD=1,连结AD,可证PC
3、DBCP可得PD=BP,当点A,P,D在同一条直线时,AP+BP的值最小,在RtACD中,由CD=1,CA=6,根据勾股定理AD=即可;在AC上取CE=,PCEACP可得PE=AP,当点B,P,E在同一条直线时,BP+AP的值最小,在RtBCE中,由CE=,CB=4,根据勾股定理BE=即可【详解】解:如图,连接CP,在CB上取点D,使CD=1,连结AD,CP=2,BC=4, ,又PCD=BCP,PCDBCP,PD=BP,AP+BP=AP+PD,当点A,P,D在同一条直线时,AP+BP的值最小,在RtACD中,CD=1,CA=6,AD=,AP+BP的最小值为故答案为:在AC上取CE=,连接CP,
4、PE又PCE=ACP,PCEACP,PE=AP,BP+AP=BP+PE,当点B,P,E在同一条直线时,BP+AP的值最小,在RtBCE中,CE=,CB=4,BD=,BP+AP的最小值为故答案为:【点睛】本题考查圆的性质,构造相似三角形解决比例问题,勾股定理,掌握圆的性质,相似三角形的判定与性质,勾股定理,关键是引辅助线准确作出图形是解题关键例2(2023春江苏九年级校考阶段练习)如图,正方形的边长为4,的半径为2,为上的动点,则的最大值是 【答案】2【分析】解法1,如图:以为斜边构造等腰直角三角形,连接,连接、,推得,因为,求出即可求出答案解法2:如图:连接、,在上做点,使,连接,证明,在上做
5、点,使,连接,证明,接着推导出,最后证明,即可求解【详解】解法1:如图:以为斜边构造等腰直角三角形,连接,四边形正方形,又, 在与中, 故答案为:2解法2 如图:连接、 根据题意正方形的边长为4,的半径为2, 在上做点,使,则,连接在与中,则 在上做点,使,则,连接在与中, ,则 如图所示连接 在与中,故答案为:2【点睛】本题考查正方形的性质,相似三角形,勾股定理等知识,难度较大,熟悉以上知识点运用是解题关键例3(2023广东九年级专题练习)如图,菱形的边长为2,锐角大小为,与相切于点E,在上任取一点P,则的最小值为_【答案】【分析】在AD上截取AH=1.5,根据题意可知,AP=,可得,证AP
6、HADP,可知PH=,当B、P、H共线时,的最小,求BH即可【详解】解:在AD上截取AH=1.5,连接PH、AE,过点B作BFDA延长线,垂足为F,AB=2,ABC=60,BE=AF=1,AE=BF=,PAD =PAH,ADPAPH,PH=,当B、P、H共线时,的最小,最小值为BH长,BH=;故答案为:【点睛】本题考查了阿氏圆,解题关键是构造子母相似,利用两点之间,线段最短解决问题例4(2023湖北武汉九年级校考阶段练习)如图,在边长为6的正方形中,M为上一点,且,N为边上一动点连接,将沿翻折得到,点P与点B对应,连接,则的最小值为 【答案】【分析】由折叠的性质可得,点在以为圆心,以为半径的圆
7、上,在线段上取一点,使得,利用相似三角形的性质得到,从而得到,当且仅当三点共线时,取得最小值,即可求解【详解】解:由题意可得:点在以为圆心,以为半径的圆上,在线段上取一点,使得,则 ,又如下图所示,当且仅当三点共线时,取得最小值,的最小值为:故答案为:【点睛】本题考查了最短路径问题,通过转化思想把转化为是解决此题的关键例5(2023浙江一模)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
8、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
9、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,OP,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+A
10、D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+PC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
11、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6(2022湖北九年级专题练习)(1)如图1,已知正方形的边长为4,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求的最小值,的最小值,的最大值(2)如图2,已知正方形的边长为9,圆B的半径为6,点P是圆B上的一个动点,求的最小值,的最大值,的最小值(3)如图3,已知菱形的边长为4,圆B的半径为2,点P是圆B上的一个动点,求的最小值和的最大值的最小值 【答案】见详解
12、【分析】(1)如图1中,在BC上取一点G,使得BG=1由PBGCBP,推出,推出PG=PC,推出PD+PC=DP+PG,由DP+PGDG,当D、G、P共线时,PD+PC的值最小,最小值为DG=5由PD-PC=PD-PGDG,当点P在DG的延长线上时,PD-PC的值最大(如图2中),最大值为DG=5;可以把转化为4(),这样只需求出的最小值,问题即可解决。(2)如图3中,在BC上取一点G,使得BG=4解法类似(1);(3)如图4中,在BC上取一点G,使得BG=4,作DFBC于F解法类似(1);【详解】(1)如图1中,在BC上取一点G,使得BG=1 PBGCBP,DP+PGDG,当D、G、P共线时
13、,的值最小,最小值为DG=5当点P在DG的延长线上时,的值最大(如图2中),最大值为DG=5如图,连接BD,在BD上取一点F,使得BF=,作EFBCPBFPBD,PF=PD,当C、F、P三点共线时会有FP+CP的最小值即PD+PC,由图可知,BEF为等腰直角三角形,BF=,BE=EF=,最小值为FC= 的最小值为:(2)如图3中,在BC上取一点G,使得BG=4PBGCBP,DP+PGDG,当D、G、P共线时,的值最小,最小值为DG= 当点P在DG的延长线上时,的值最大,最大值为DG=(3)如图4中,在BC上取一点G,使得BG=1,作DFBC于FPBGCBP,DP+PGDG,当D、G、P共线时,
14、的值最小,最小值为DG在RtCDF中,DCF=60,CD=4,DF=CDsin60=,CF=2,在RtGDF中,DG= PC=PD-PGDG,当点P在DG的延长线上时,的值最大(如图2中),最大值为DG=【点睛】本题考查圆综合题、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,题目比较难,属于中考压轴题例7(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”,【
15、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,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,
16、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=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例8(2023山东烟台统考中考真题)如图,抛物线与轴交于两点,与轴交于点抛物线的对称轴与经过点的直线交于点,与轴交于点(1)求直线及抛物线的表达式;(2)在抛物线上是否存在点,使得是以为直角边的直角三角形?若存在,求出所有点的坐标;若不存在,请说明理由;(3)以点为圆心,画半径为2的圆
17、,点为上一个动点,请求出的最小值【答案】(1)直线的解析式为;抛物线解析式为(2)存在,点M的坐标为或 或(3)【分析】(1)根据对称轴,得到点A及B的坐标,再利用待定系数法求解析式即可;(2)先求出点D的坐标,再分两种情况:当时,求出直线的解析式为,解方程组,即可得到点M的坐标;当时,求出直线的解析式为,解方程组,即可得到点M的坐标;(3)在上取点,使,连接,证得,又,得到,推出,进而得到当点C、P、F三点共线时,的值最小,即为线段的长,利用勾股定理求出即可【详解】(1)解:抛物线的对称轴,将代入直线,得,解得,直线的解析式为;将代入,得,解得,抛物线的解析式为;(2)存在点,直线的解析式为
18、,抛物线对称轴与轴交于点当时,当时,设直线的解析式为,将点A坐标代入,得,解得,直线的解析式为,解方程组,得或,点M的坐标为;当时,设直线的解析式为,将代入,得,解得,直线的解析式为,解方程组,解得或,点M的坐标为 或综上,点M的坐标为或 或;(3)如图,在上取点,使,连接,、,又,即,当点C、P、F三点共线时,的值最小,即为线段的长,的最小值为【点睛】此题是一次函数,二次函数及圆的综合题,掌握待定系数法求函数解析式,直角三角形的性质,勾股定理,相似三角形的判定和性质,求两图象的交点坐标,正确掌握各知识点是解题的关键课后专项训练1(2023春浙江九年级课时练习)如图,在RtABC中,ACB90
19、,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:B2(2023湖北武汉校考模拟预
20、测)如图,正方形ABCD的边长AB=8,E为平面内一动点,且AE=4,F为CD上一点,CF=2,连接EF,ED,则EFED的最小值为()A6B4C4D6【答案】A【分析】如图(见解析),在AD边上取点H,使得,连接EH、FH,先根据正方形的性质得出,再根据相似三角形的判定与性质得出,从而可得,然后利用三角形的三边关系定理、两点之间线段最短可得取得最小值时,点E的位置,最后利用勾股定理求解即可得【详解】如图,在AD边上取点H,使得,连接EH、FH四边形ABCD是正方形,即又,即 由三角形的三边关系定理得:由题意得:点E的轨迹是在以点A为圆心,AE长为半径的圆上由两点之间线段最短可知,当点E位于F
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