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最值系列之辅助圆
最值问题的必要条件是至少有一个动点,因为是动态问题,所以才会有最值.在将军饮马问题中,折点P就是那个必须存在的动点.并且它的运动轨迹是一条直线,解题策略就是作端点关于折点所在直线的对称即可.
当然,动点的运动轨迹是可以变的,比如P点轨迹也可以是一个圆,就有了第二类最值问题——辅助圆.
在这类题目中,题目很少直接告诉我们动点轨迹是个圆,也很少把这个圆画出来,因此,结合题目给的条件,分析出动点的轨迹图形,将是我们面临的最大的问题.
若已经确定了动点的轨迹圆,接下来求最最值的问题就会变得简单了,比如:如下图,A为圆外一点,在圆上找一点P使得PA最小.
当然,也存在耿直的题目直接告诉动点轨迹是个圆的,比如:
【2017四川XX】
如图,已知圆C的半径为3,圆外一定点O满足OC=5,点P为圆C上一动点,经过点O的直线l上有两点A、B,且OA=OB,∠APB=90°,l不经过点C,则AB的最小值为________.
【分析】连某某OP,根据△APB为直角三角形且O是斜边AB中点,可得OP是AB的一半,若AB最小,则OP最小即可.
连某某OC,与圆C交点即为所求点P,此时OP最小,AB也取到最小值.
一、从圆的定义构造圆
圆的定义:平面内到定点的距离等于定值的所有点构成的集合.
构造思路:若动点到平面内某定点的距离始终为定值,则其轨迹是圆或圆弧.
【2014XX中考】
如图,在边长为2的菱形ABCD中,∠A=60°,M是AD边的中点,N是AB边上的一动点,将△AMN沿MN所在直线翻折得到△A’MN,连某某A’C,则A’C长度的最小值是__________.
【分析】考虑△AMN沿MN所在直线翻折得到△A’MN,可得MA’=MA=1,所以A’轨迹是以M点为圆心,MA为半径的圆弧.
连某某CM,与圆的交点即为所求的A’,此时A’C的值最小.
构造直角△MHC,勾股定理求CM,再减去A’M即可.
【2016XX中考】
如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=6,BC=8,点F在边AC上,并且CF=2,点E为边BC上的动点,将△CEF沿直线EF翻折,点C落在点P处,则点P到边AB距离的最小值是__________.
【分析】考虑到将△FCE沿EF翻折得到△FPE,可得P点轨迹是以F点为圆心,FC为半径的圆弧.
过F点作FH⊥AB,与圆的交点即为所求P点,此时点P到AB的距离最小.由相似先求FH,再减去FP,即可得到PH.
【2019XX中考】
如图,已知等边△ABC的边长为8,点P是AB边上的一个动点(与点A、B不重合).直线l是经过点P的一条直线,把△ABC沿直线l折叠,点B的对应点是点B’.当PB=6时,在直线l变化过程中,求△ACB’面积的最大值.
【分析】考虑l是经过点P的直线,且△ABC沿直线l折叠,所以B’轨迹是以点P为圆心,PB为半径的圆弧.
考虑△ACB’面积最大,因为AC是定值,只需B’到AC距离最大即可.过P作作PH⊥AC交AC于H点,与圆的交点即为所求B’点,先求HB’,再求面积.
【2018相XX区一模】
如图,矩形ABCD中,AB=4,BC=8,P、Q分别是直线BC、AB上的两个动点,AE=2,△AEQ沿EQ翻折形成△FEQ,连某某PF、PD,则PF+PD的最小值是_________.
【分析】F点轨迹是以E点为圆心,EA为半径的圆,作点D关于BC对称点D’,连某某PD’,PF+PD化为PF+PD’.
连某某ED’,与圆的交点为所求F点,与BC交点为所求P点,勾股定理先求ED‘,再减去EF即可.
二、XX对直角
知识回顾:直径所对的圆周角是直角.
构造思路:一条XX所对的角始终为直角,则直角顶点轨迹是以XX为直径 内容过长,仅展示头部和尾部部分文字预览,全文请查看图片预览。 圆.
考虑PC+PF是折线段,作点C关于AD的对称点C’,化PC+PF为PC’+PF,当C’、P、F、O共线时,取到最小值.
【辅助圆+相切】如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,∠B=30°,AB=4,D是BC上一动点,CE⊥AD于E,EF⊥AB交BC于点F,则CF的最大值是_________.
【分析】∠AEC=90°且AC为定值,故E点轨迹是以AC为直径的圆弧.
考虑EF⊥AB,且E点在圆上,故当EF与圆相切的时候,CF取到最大值.
连某某OF,易某某△OCF≌△OEF,∠COF=30°,故CF可求.
三、XX对定角
在“XX对直角”问题中,依据“直径所对的圆周角是直角”,关键性在于寻找XX、直角,而根据圆周角定理:同圆或等圆中,同弧或等弧所对的圆周角都相.XX必不可少,而直角则可一般为定角.例如,AB为定值,∠P为定角,则A点轨迹是一个圆.
当然,∠P度数也是特殊角,比如30°、45°、60°、120°,下分别作对应的轨迹圆.
若∠P=30°,以AB为边,同侧构造等边三角形AOB,O即为圆心.
若∠P=45°,以AB为斜边,同侧构造等腰直角三角形AOB,O即为圆心.
若∠P=60°,以AB为底,同侧构造顶角为120°的等腰三角形AOB,O即为圆心.
若∠P=120°,以AB为底,异侧为边构造顶角为120°的等腰三角形AOB,O即为圆心.
【例题】如图,等边△ABC边长为2,E、F分别是BC、CA上两个动点,且BE=CF,连某某AE、BF,交点为P点,则CP的最小值为________.
【分析】由BE=CF可推得△ABE≌△BCF,所以∠APF=60°,但∠APF所对的边AF是变化的.
所以考虑∠APB=120°,其对边AB是定值.
所以如图所示,P点轨迹是以点O为圆心的圆弧.(构造OA=OB且∠AOB=120°)
当O、P、C共线时,可得CP的最小值,利用Rt△OBC勾股定理求得OC,再减去OP即可.
【2017山东XX】如图,△ABC为等边三角形,AB=2,若P为△ABC内一动点,且满足∠PAB=∠ACP,则线段PB长度的最小值为_________.
【分析】由∠PAB=∠ACP,可得∠APC=120°,后同上例题.
【2019XX中考】在△ABC中,AB=4,∠C=60°,∠A>∠B,则BC的长的取值范围是________.
【分析】先作图,如下
条件不多,但已经很明显,AB是定值,∠C=60°,即XX对定角.故点C的轨迹是以点O为圆心的圆弧.(作AO=BO且∠AOB=120°)
题意要求∠A>∠B,即BC>AC,故点C的轨迹如下图.
当BC为直径时,BC取到最大值,
考虑∠A为△ABC中最大角,故BC为最长边,BC>AB=4.无最小值.
【2019武XX考】如图,AB是圆O的直径,M、N是弧AB(异于A、B)上两点,C是弧MN上一动点,∠ACB的角平分线交圆O于点D,∠BAC的平分线交CD于点E,当点C从点M运动到点N时,则C、E两点的运动路径长的比是_______.
【分析】分别考虑C、E两点的轨迹,C点轨迹上是弧MCN,其对应圆心角为∠MON,半径为OM(或ON).
再考虑E点轨迹,考虑到CE、AE都是角平分线,所以连某某BE,BE平分∠ABC,可得:∠AEB=135°.
考虑到∠AEB是定角,其对边AB是定线段,根据XX对定角,所以E点轨迹是个圆,考虑到∠ADB=90°,所以D点即为圆心,DA为半径.
E点轨迹所对的圆心角为∠MDN,是∠MON的一半,所以C、E两点轨迹圆半径之比为1:根号2,圆心角之比为2:1,所以弧长比值为根号2.
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