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摘要:本文主要探究轴对称图形中的一个应用模型。即:已知直线l外两定点A,B和直线l上一动点P,求|PA±PB|的最值问题。
关键词:轴对称图形;垂直平分线;两定点和定直线上一动点的距离和;最值
轴对称图形的微观体现是关于轴对称的两点的垂直平分线是对称轴,由此开启了轴对称与垂直平分线的紧密联系。在初中垂直平分线的性质(线段垂直平分线上任一点到两端点的距离相等)的应用中,一个突出的应用模型就是已知直线l外两定点A,B和直线l上一动点P,求|PA±PB|的最值问题。所以这个应用模型完全可以移植到轴对称图形中来使用。而初中数学中常见的轴对称图形有等腰三角形、等边三角形、矩形、菱形、正方形、圆、抛物线等。下面举例说明:
例题1已知等腰Rt△ABC中,∠C=90°,AC=BC=10,D为斜边AB的中点,连接CD,P为CD上一个动点,E为BC的中点,连接PB,PE,求当P在何处时PB PE的值最小。
分析:因为等腰三角形三线合一,可知CD为AB的中垂线。由中垂线性质得PB=PA,从而将PB PE化为了PA PE,而PA PE≥AE,从而得解。
解:连接AP,AE。∵AC=BC=10,D为AB的中点,∴CD垂直平分AB,∴AP=PB,∴PB PE=PA PE≥AE(当P为CD和AE交点时等号成立)。又∵E为BC中点,∴CE=12BC=5。∵∠C=90°,∴AE=AC2 CE2=55,∴当P为CD和AE交点时,PB PE有最小值55。
点评:本题还可以有其他变式,将等腰Rt△换成等边△,或者换一个摆放位置,高中的话角C不用90°等。
例题2已知菱形ABCD中,边长为4,∠BCD=60°,E为CD中点,连接AC,P为AC上一动点,求当P在何处时,PD PE的值最小。
分析:菱形是轴对称图形,对角线是其对称轴,所以PD=PB,从而PD PE=BP PE≥BE,从而求解。
解:连接BP,BE,BD。∵菱形ABCD的边长为4,∴BC=CD=4,AC为BD的中垂线,∴BP=PD,∴PD PE=BP PE≥BE(当P为AC和BE交点时,等号成立)。∵∠BCD=60°,∴△BCD为等边三角形。∵E为CD中点,∴∠BEC=90°,CE=12CD=2,∴BE=BC2-CE2=23,∴当P为AC和BE交点时,PD PE的最小值为23。
点评:本题菱形还可以换为矩形和正方形。如果是矩形,其对称轴为中点连线,正方形的对称轴为对角线和中点连线,在实际考查中,对角线的考查更隐蔽,所以考得最多。
例题3如图,已知⊙O的半径为5,A,B为圆上两点,P为直径OD上一动点,∠AOB=∠BOD=30°,求PA PB的最小值。
分析:因为圆是轴对称图形,其对称轴为直径,所以可以在圆上作出B关于OD对称的点C,从而可得PB=PC,则PA PB=PA PC≥AC,从而求解。
解:∵⊙O是轴对称图形,∴作点B关于直径OD对称的点C,连接OC,CP,∴BC的中垂线为OD,∴PC=PB,CD=BD,∴PA PB=PA PC≥AC(当P为OD和AC交点时,等号成立);∵⊙O中,弦CD=BD,∴∠COD=∠BOD。∵∠AOB=∠BOD=30°,∴∠AOC=∠COD ∠AOB ∠BOD=90°,∴AC=OA2 OC2=52,∴当P为OD和AC的交点时,PA PB的最小值为52。
点评:因为圆的对称轴是直径,所以对称轴众多。本题中直径位置给得很特殊,是水平的,它也可以是竖直,倾斜等一般样式。
例题4如图,在二次函数y=x2-4x 3的图像上,有两个点A(3,0),C(0,3),D为抛物线对称轴上一动点,求:当D在对称轴上何处时,|CD-AD|有最大值,且最大值为多少?
分析:因为抛物线的对称轴为直线a,则在抛物线上作C关于对称轴a对称的点B,从而可得CD=BD,则|CD-AD|=|BD-AD|≤AB,从而求解。
解:作C关于对称轴a对称的点B,连接BD,AB,过B作BF⊥x轴于F。∵y=x2-4x 3=(x-2)2-1,∴对称轴a为x=2,∴CD=BD,∴|CD-AD|=|BD-AD|≤AB(当D为对称轴a与直线AB的交点时,等号成立)。∵C(0,3),∴B(4,3)。∵A(3,0),BF⊥x轴,∴在Rt△ABF中,AF=1,BF=3,∴由勾股定理得AB=10。∴当D为对称轴a与直线AB的交点时,|CD-AD|有最大值10。
点评:本题考查了两段差的最大值问题,其思路和前面一样。如果将B点坐标作为已知,C点坐标不要,结论为求BD AD的最大值,則就和前面3个题一样了。
由以上的例题我们可以看出,涉及直线l外两定点A,B和直线l上一动点P,求|PA±PB|的最值问题时,无论它的“马甲”是轴对称图形中的哪一个,其本质都是通过垂直平分线的性质来转化线段的位置后,利用三角形的三边关系求解得最值。
作者简介:
李代辉,四川省德阳市,四川省德阳市旌阳区德阳中学校。
关键词:轴对称图形;垂直平分线;两定点和定直线上一动点的距离和;最值
轴对称图形的微观体现是关于轴对称的两点的垂直平分线是对称轴,由此开启了轴对称与垂直平分线的紧密联系。在初中垂直平分线的性质(线段垂直平分线上任一点到两端点的距离相等)的应用中,一个突出的应用模型就是已知直线l外两定点A,B和直线l上一动点P,求|PA±PB|的最值问题。所以这个应用模型完全可以移植到轴对称图形中来使用。而初中数学中常见的轴对称图形有等腰三角形、等边三角形、矩形、菱形、正方形、圆、抛物线等。下面举例说明:
例题1已知等腰Rt△ABC中,∠C=90°,AC=BC=10,D为斜边AB的中点,连接CD,P为CD上一个动点,E为BC的中点,连接PB,PE,求当P在何处时PB PE的值最小。
分析:因为等腰三角形三线合一,可知CD为AB的中垂线。由中垂线性质得PB=PA,从而将PB PE化为了PA PE,而PA PE≥AE,从而得解。
解:连接AP,AE。∵AC=BC=10,D为AB的中点,∴CD垂直平分AB,∴AP=PB,∴PB PE=PA PE≥AE(当P为CD和AE交点时等号成立)。又∵E为BC中点,∴CE=12BC=5。∵∠C=90°,∴AE=AC2 CE2=55,∴当P为CD和AE交点时,PB PE有最小值55。
点评:本题还可以有其他变式,将等腰Rt△换成等边△,或者换一个摆放位置,高中的话角C不用90°等。
例题2已知菱形ABCD中,边长为4,∠BCD=60°,E为CD中点,连接AC,P为AC上一动点,求当P在何处时,PD PE的值最小。
分析:菱形是轴对称图形,对角线是其对称轴,所以PD=PB,从而PD PE=BP PE≥BE,从而求解。
解:连接BP,BE,BD。∵菱形ABCD的边长为4,∴BC=CD=4,AC为BD的中垂线,∴BP=PD,∴PD PE=BP PE≥BE(当P为AC和BE交点时,等号成立)。∵∠BCD=60°,∴△BCD为等边三角形。∵E为CD中点,∴∠BEC=90°,CE=12CD=2,∴BE=BC2-CE2=23,∴当P为AC和BE交点时,PD PE的最小值为23。
点评:本题菱形还可以换为矩形和正方形。如果是矩形,其对称轴为中点连线,正方形的对称轴为对角线和中点连线,在实际考查中,对角线的考查更隐蔽,所以考得最多。
例题3如图,已知⊙O的半径为5,A,B为圆上两点,P为直径OD上一动点,∠AOB=∠BOD=30°,求PA PB的最小值。
分析:因为圆是轴对称图形,其对称轴为直径,所以可以在圆上作出B关于OD对称的点C,从而可得PB=PC,则PA PB=PA PC≥AC,从而求解。
解:∵⊙O是轴对称图形,∴作点B关于直径OD对称的点C,连接OC,CP,∴BC的中垂线为OD,∴PC=PB,CD=BD,∴PA PB=PA PC≥AC(当P为OD和AC交点时,等号成立);∵⊙O中,弦CD=BD,∴∠COD=∠BOD。∵∠AOB=∠BOD=30°,∴∠AOC=∠COD ∠AOB ∠BOD=90°,∴AC=OA2 OC2=52,∴当P为OD和AC的交点时,PA PB的最小值为52。
点评:因为圆的对称轴是直径,所以对称轴众多。本题中直径位置给得很特殊,是水平的,它也可以是竖直,倾斜等一般样式。
例题4如图,在二次函数y=x2-4x 3的图像上,有两个点A(3,0),C(0,3),D为抛物线对称轴上一动点,求:当D在对称轴上何处时,|CD-AD|有最大值,且最大值为多少?
分析:因为抛物线的对称轴为直线a,则在抛物线上作C关于对称轴a对称的点B,从而可得CD=BD,则|CD-AD|=|BD-AD|≤AB,从而求解。
解:作C关于对称轴a对称的点B,连接BD,AB,过B作BF⊥x轴于F。∵y=x2-4x 3=(x-2)2-1,∴对称轴a为x=2,∴CD=BD,∴|CD-AD|=|BD-AD|≤AB(当D为对称轴a与直线AB的交点时,等号成立)。∵C(0,3),∴B(4,3)。∵A(3,0),BF⊥x轴,∴在Rt△ABF中,AF=1,BF=3,∴由勾股定理得AB=10。∴当D为对称轴a与直线AB的交点时,|CD-AD|有最大值10。
点评:本题考查了两段差的最大值问题,其思路和前面一样。如果将B点坐标作为已知,C点坐标不要,结论为求BD AD的最大值,則就和前面3个题一样了。
由以上的例题我们可以看出,涉及直线l外两定点A,B和直线l上一动点P,求|PA±PB|的最值问题时,无论它的“马甲”是轴对称图形中的哪一个,其本质都是通过垂直平分线的性质来转化线段的位置后,利用三角形的三边关系求解得最值。
作者简介:
李代辉,四川省德阳市,四川省德阳市旌阳区德阳中学校。