探索画圆求解线段最值的简便方法

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  摘 要:近年来,关于线段最值问题受到名地中考试题的青睐,利用画圆求解线段最值,会使此类问题化难为易。
  关键词:动点;线段最值;圆;基本模型
  近年来,关于线段最值问题受到各地中考试题的青睐,并且问题呈现变化多、涉及面广、形式灵活的景象,解决此类问题常用的定(公)理有“两点之间线段最短,垂线段最短,三角形两边之和大于第三边或两边之差小于第三边”。本文探索一种画圆求最值的方法。
  一、基本模型
  如图1,点P是⊙O外一点,利用“三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边”易证得点P到⊙O的最小距离为PA,最大距离为PB。
  如图2,点P是⊙O内一点,同理可得点P到⊙O的最小距离为PA,最大距离为PB。
  归纳:利用“平面内一点与圆上各点连线中,到过该点和圆心的直线与圆的近交点距离最短,远交点距离最长”解题。
  例1,如图3,Rt△ABC中,∠C=90°,BC=6,AC=8,点A、C分别在x轴、y轴正半轴上,点D是AC边的中点,点A在x轴上运动时,点C随之在y轴运动,在运动过程中,求点B到原点的最大距离和最小距离。
  解析:点A、B、C都是图形中的动点,点B的运动路径并不规则,但直角边AC的中点D的运动路径是规则的,始终在以O为圆心,OD为半径的圆上。当B、D、O三点在同一条直线上时,OB的长取得最大值或最小值。
  由基本模型可知,最大值为OD+DB=4+2[13],最小值為DB-OD=2[13]-4。
  例2,如图4,在△ABC中,∠ACB=30°,AB=5,BC=8,将△ABC绕点B按逆时针方向旋转得到△A’BC’,点E为线段AB的中点,点P是线段AC上的动点,点P的对应点是P’,求线段EP’长度的最大值与最小值。
  解析:线段AB的中点E的运动路径为以B为圆心,BE长为半径的圆,P点离B点最远的点为C,最近的点为D(BD⊥AC于点D),因此最小值为D、E、B三点在同一条直线上时,即点P与点D重合。由已知∠ACB=30°,BC=8,得BD=4,则EP’=4-2.5=1.5,当C’、E、B三点在同一条直线上,且点EC’分别在点B的两侧时,即点P’与点C重合,则EP’的长取得最大值,最大值为EP’=8+2.5=10.5。
  例3,如图5,在边长为2的菱形ABCD中,∠BAD=120°,O是AD边上的中点,P是AB边上的一个动点,将△AOP沿OP所在直线翻折得到△A’OP,连接A’C,则A’C长度的最小值是多少?
  解析:因为在翻折过程中OA长始终不变,所以点A的运动路径在以O为圆心,OA长为半径的圆弧上,所以当C、A、O三点在同一条直线上时,AC的长有最小值。由已知可得OC⊥AD,则OC=[3],所以A’C=OC-OA’=[3]-1。
  例4,如图6,E,F是正方形ABCD的边AD上的两个动点,满足AE=DF,连接CF交BD于点G,连接BE交AG于点H,若正方形的边长为2,求线段DH长度的最小值。
  解析:由已知条件可知△ABE≌△COF,△ADG≌△CDG,则∠ABE=∠DCF=∠DAG,又因为∠ABE+∠AEB=90°,所以∠DAG+∠AEB=90°,则∠AHB=90°,所以无论E、F如何运动,点H始终在以AB长为直径的圆上运动,设AB的中点为O,连接OH、HD,则当O、H、D三点在同一直线上时,DB长度最小。由已知易求得OD=[5],则DH=[5]-1。
  二、拓展提升
  例5,如图7,在平面直角坐标系中已知A(2,0),B(5,0),点P为线段AB外的一动点,且PA=2,PM=PB,∠BPM=90°,求线段AM长度的最大值和最小值。
  解析:将△APM绕着点P顺时针旋转90°,得到△PBN,连接AN,则△APN就是等腰直角三角形,所以PA=PN=2,BN=AM;则线段AM的最大值和最小值即线段BN的最大值和最小值。点N在以A为圆心,AN长为半径的圆上运动,当点N在BA的延长线上时,BN的长度取得最大值,最大值为2[2]+3;当点N在AB上时,BN的长度取得最小值,最小值为3-2[2]。
  三、归纳反思
  上面5个例题的解题关键都是找到动点运动路径为圆心的条件,再由三点共线求出线段长的最大值或最小值。由上述例题可归纳为两种动点路径为圆的条件:①到定点的距离等于定长;②动点与定线两端点构成直角三角形,以动点为直角顶点,在以定线为半径的圆上。
  利用画圆来求线段最值,可以减轻学生的思维负担,让学生轻松获得知识,这是令人感到欣慰的。
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