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下面是幾何最值問題的分類情況: 讀者可以看出,上圖是按解題的方法策略為線索進行分類,我認為對于題型的分類按方法策略分類優(yōu)于按知識背景分類。因為知識背景比較雜亂繁多且不能反映問題的本質結構,而方法策略簡潔精煉,適用性廣,操作性強,能夠統(tǒng)率組織不同的知識內容,容易把握和理解問題的本質特征。下面在前文的基礎上以實例對“軌跡疊加”類、等值變換類問題中的“旋轉”“拼接”類、“軌跡+變換”類問題進行補充。 沒有閱讀前文的讀者請點擊參閱:解題|傾心之作:幾何最值問題大一統(tǒng) 例.如下圖,ΔABC中,AB=6,BC=4,在AC一側作等邊三角形ΔACD,求BD的最大值和最小值。 解析: 先確定AB的位置,BC是定長,C是動點,則C點軌跡是以4為半徑B為圓心的圓。 再判斷D點軌跡:D點由C點繞A點逆時針旋轉60度所得,所以D點軌跡也由C點軌跡(即圓B)繞A點逆時針旋轉60度所得,畫出D點軌跡圓E(圓心E同樣由圓心B繞A點逆時針旋轉60度所得)。 此時,BD的長轉化為定點B到圓E的最短(長)路徑,作穿心線BE與圓E相交即得。 本題也可以看成把ΔABC逆時針旋轉60度至ΔAED,利用ΔBED的三邊關系可得BD的取值范圍:2≤BD≤10,最小值為2,最大值為10。 本題的兩個動點軌跡是依存關系,需先確定一個動點所在軌跡,再由之確定另一個動點所在軌跡。 一、旋轉(典型問題:費馬點) 例.△ABC中,∠ACB=30o,BC=6,AC=5,在△ABC 內部有一點P,連接PA、PB、PC,求PA+PB+PC的最小值. 解析: 此類問題的基本策略是化分散為連續(xù)、化拆線為直線,PA、PB、PC需轉化為連續(xù)折線。我們運用全等旋轉變換把△APC旋轉60度至△AP'C',可以實現(xiàn)把分散線段PA+PB+PC轉化為連續(xù)折線PB+PP'+PC'。 易知三折線共線時最短,便可轉化為求線段BC'的長。 二、拼接 例.ΔABC中,∠BAC=45°,AB=3√2,BC=6,D、E是BC、AC上的動點,且BD=CE,求AD+BE的最小值。 解析: 此類問題思考的基本策略不變,仍是需把分散的AD、BE轉化成連續(xù)折線段,考慮到有BD=CE這一條件,可以把ΔABD和ΔBCE拼接在一起,使AD、BE構成連續(xù)折線,再把折線拉直。 思考:能夠拉直需具備什么條件? [連續(xù)折線的兩端是定點,動點及其所在軌跡位于定點之間。(這是這類問題變換的目標模型)] 如下圖,把ΔABD移至ΔBCE處使BD與CE重合即可拼接,轉化為定點B到定點F的最小路徑問題。 根據(jù)兩點之間線段最短,當動線段BE、EF共線時,AD+BE最小。 上述兩種變換方法目的都是把線段拼接成連續(xù)折線,再求兩點之間的線段得到最小值。 例1.矩形ABCD中,AB=2,AD=3,E、P分別是AD、CD邊上的動點,AF⊥BE,求PF的最小值。
解析: 本題中E是動點,F(xiàn)點是動點,需先確定點F的軌跡,顯然由定線對定角得F點軌跡是以AB為直徑的圓:
折線AP、PE在CD同側,無法拉直,再把點A進行翻折變換即可轉化為點到圓的最短路徑:
如下圖,把PF、PA'拉直并過圓心得A'F即為最小值:
例2.如圖,ΔABC中,∠ACB=45°,AC=8,BC=6√2,D是平面內一點,且CD=4,求0.5AD+BD的最小值。
解析: 由條件易知ΔABC的形狀大小一定,D是動點,需先確定D點的運動軌跡,由定點&定長知D點在以C為圓心4為半徑的圓上。
再把0.5AD用相似變換進行轉化,取CE=1/2CD,由CD:CA=CE:CD判定相似得DE=1/2AD,變?yōu)槎cB到定點E的最短路徑。
如下圖,B、D、E共線時,得BE=2√13。
當然,如果上題如果不考慮軌跡圓,只構造相似三角形同樣可以根據(jù)三邊關系得解。建議還是要明確點的軌跡,使問題更清晰,更見整體和全局。 上述問題都是需要先確定動點軌跡,再變換折線位置使之居于動點兩側,以便化折為直得到最短路徑。 1.邊長為4的正方形ABCD中,P是內部一點,求PA+PB+PC的最小值。
2.矩形ABCD中,E是AD上的動點,F(xiàn)在BE上且∠BAF=∠AEB,G為BC的中點,在FG右側作等邊ΔFGH,求CH的最小值。
3.矩形ABCD中,AB=2,AD=3,P、Q兩點分別從B、D兩點出發(fā)以相同的速度向A點運動,求CP+BQ的最小值。
4.如圖,直角坐標系中,等腰直角三角形ABC中∠C=Rt∠,AB⊥x軸,AB=6,P是x軸正半軸上一動點,在運動過程中保持AP=PO,已知D(-2, 0),求BD+OB的最小值。
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