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摘 要:线段的最值问题,是初中数学中常见的几何题型,它涉及的知识面广,可以与三角形、矩形、正方形、圆、一次函数、二次函数等知识点相结合,题目类型灵活、多变,学生面对这一问题经常束手无策。文章结合具体的例子予以剖析,对解决线段最值问题的几种方法加以归纳。
关键词:初中数学;几何题;线段最值;求解策略
线段最值问题题型灵活、多变,是初中学生较难解决的问题之一,也是棘手问题。这类试题都是立足于教材,能在课本找到基本的原形,如两点之间线段最短、垂线段最短、三角形两边之和大于第三边、轴对称、旋转等等。解决问题途径通常需要运用转换的思想,将较为复杂的问题转换为常见的基本类型,从而找到解决问题的基本思路。下面,笔者将结合具体的实例,谈谈初中数学线段最值的求解策略。
一、利用“垂线段最短”求最值
例1:如图1,在Rt△AOB中,∠AOB=90°,∠A=30°,OB=3,以O为圆心,半径为1的作⊙O,P是线段AB上一动点,过点P作⊙O的切线交⊙O于点Q,求线段PQ的最小值。
小结:题目求解的切入点是利用圆的切线性质构造直角三角形,由勾股定理将“求PQ的最小值”转换为“求OP的最小值”,也即是将问题转换为“垂线段最短”问题。题目求解过程中综合运用了圆的切线性质、解直角三角形、勾股定理、面积法求高、垂线段最短等知识点,将上述相关性质结合,就可以变为解题的关键。
二、利用轴对称性质求最值
例2:如图3,在平面直角坐标系中,△OAB是直角三角形,点A在x轴正半轴上,点B的坐标为(3,),点C的坐标为(,0),斜边OB上有一个动点P,求PA+PC的最小值。
分析:由观察可知,点A和点C是两个定点,点P是OB上的动点,求PA+PC的最小值。很明显,这是求“最短路徑”问题中的同侧问题,因此,我们可以利用轴对称性质来解决问题。
如图4,以OB为对称轴,作点A的对称点D,连接CD交OB于点P,此时PA+PC的最小,且PA+PC=PC+PD=CD。所以,只要求出CD的长即可。
根据B点坐标可求出AB=,OB=2,由三角形面积法可得AM=。故AN=AD=,由C点坐标可求出CN=1,由勾股定理可求出DC=,此值即为所求PA+PC的最小值。
小结:图形经过轴对称变换之后,会得到等量关系(线段相等、角相等),合理地利用相应的性质会使问题得到简化,这会给解题带来很大的帮助。本题中是作直线的对称点,实现直线同侧点到异侧点的转化,这是我们在解题中常遇到的情况以及常见的解题方法。
三、利用三角形的三边关系求最值
例3:如图5,∠MON=90°,矩形ABCD的顶点A、B分别在边OM、ON上。当点B在边ON上运动时,点A随之在边OM上运动,矩形ABCD的形状保持不变,其中AB=2,BC=1,运动过程中,求点D到点O的最大距离。
分析:如图6,取线段AB的中点E,连接OE、DE,此时,OD、OE、DE组成一个三角形,根据“三角形的任意两边之和大于第三边”可得:OD 小结:题目求解的关键在于选取一边的中点,构造一个新的三角形,利用三角形的三边关系得出不等关系式,从而找到最值。
四、利用函数的性质求最值
例4:如图7,在等边△ABC中,AB=4,点P是BC边上的动点,点P关于直线AB、AC的对称点分别为M、N,求线段MN的最大值和最小值。
分析:题目看似是轴对称的最值问题,但点P是个动点,因此不能用“同侧”或“异侧”方法进行求解。题目比较特殊的条件就是△ABC是等边三角形,在求解过程中要充分挖掘等边三角形性质的运用。
如图8,MN的值会随点P位置改变而改变,因此,可设BP=x,则CP=4-x,x的取值范围是O≤x≤4。
由等边三角形及轴对称的性质可得
由二次函数的性质可得,当x=2时MN取得最小值,最小值为6;当x=0或4时MN取得最大值,最大值为4。
小结:与等边三角形相关联的角度为30°、60°、120°,将这些角度与解直角三角形和勾股定理相结合,通过引入未知数x,将线段MN的长度用二次函数关系式表示出来,借助二次函数的性质,分别求出最大值和最小值。
在解决此类图形问题中,其核心要素是,善于从所给的图形中识别和构造出基本图形,然后将求解的对象用函数关系式表示出来,利用函数性质来求最大值和最小值。
关键词:初中数学;几何题;线段最值;求解策略
线段最值问题题型灵活、多变,是初中学生较难解决的问题之一,也是棘手问题。这类试题都是立足于教材,能在课本找到基本的原形,如两点之间线段最短、垂线段最短、三角形两边之和大于第三边、轴对称、旋转等等。解决问题途径通常需要运用转换的思想,将较为复杂的问题转换为常见的基本类型,从而找到解决问题的基本思路。下面,笔者将结合具体的实例,谈谈初中数学线段最值的求解策略。
一、利用“垂线段最短”求最值
例1:如图1,在Rt△AOB中,∠AOB=90°,∠A=30°,OB=3,以O为圆心,半径为1的作⊙O,P是线段AB上一动点,过点P作⊙O的切线交⊙O于点Q,求线段PQ的最小值。
小结:题目求解的切入点是利用圆的切线性质构造直角三角形,由勾股定理将“求PQ的最小值”转换为“求OP的最小值”,也即是将问题转换为“垂线段最短”问题。题目求解过程中综合运用了圆的切线性质、解直角三角形、勾股定理、面积法求高、垂线段最短等知识点,将上述相关性质结合,就可以变为解题的关键。
二、利用轴对称性质求最值
例2:如图3,在平面直角坐标系中,△OAB是直角三角形,点A在x轴正半轴上,点B的坐标为(3,),点C的坐标为(,0),斜边OB上有一个动点P,求PA+PC的最小值。
分析:由观察可知,点A和点C是两个定点,点P是OB上的动点,求PA+PC的最小值。很明显,这是求“最短路徑”问题中的同侧问题,因此,我们可以利用轴对称性质来解决问题。
如图4,以OB为对称轴,作点A的对称点D,连接CD交OB于点P,此时PA+PC的最小,且PA+PC=PC+PD=CD。所以,只要求出CD的长即可。
根据B点坐标可求出AB=,OB=2,由三角形面积法可得AM=。故AN=AD=,由C点坐标可求出CN=1,由勾股定理可求出DC=,此值即为所求PA+PC的最小值。
小结:图形经过轴对称变换之后,会得到等量关系(线段相等、角相等),合理地利用相应的性质会使问题得到简化,这会给解题带来很大的帮助。本题中是作直线的对称点,实现直线同侧点到异侧点的转化,这是我们在解题中常遇到的情况以及常见的解题方法。
三、利用三角形的三边关系求最值
例3:如图5,∠MON=90°,矩形ABCD的顶点A、B分别在边OM、ON上。当点B在边ON上运动时,点A随之在边OM上运动,矩形ABCD的形状保持不变,其中AB=2,BC=1,运动过程中,求点D到点O的最大距离。
分析:如图6,取线段AB的中点E,连接OE、DE,此时,OD、OE、DE组成一个三角形,根据“三角形的任意两边之和大于第三边”可得:OD
四、利用函数的性质求最值
例4:如图7,在等边△ABC中,AB=4,点P是BC边上的动点,点P关于直线AB、AC的对称点分别为M、N,求线段MN的最大值和最小值。
分析:题目看似是轴对称的最值问题,但点P是个动点,因此不能用“同侧”或“异侧”方法进行求解。题目比较特殊的条件就是△ABC是等边三角形,在求解过程中要充分挖掘等边三角形性质的运用。
如图8,MN的值会随点P位置改变而改变,因此,可设BP=x,则CP=4-x,x的取值范围是O≤x≤4。
由等边三角形及轴对称的性质可得
由二次函数的性质可得,当x=2时MN取得最小值,最小值为6;当x=0或4时MN取得最大值,最大值为4。
小结:与等边三角形相关联的角度为30°、60°、120°,将这些角度与解直角三角形和勾股定理相结合,通过引入未知数x,将线段MN的长度用二次函数关系式表示出来,借助二次函数的性质,分别求出最大值和最小值。
在解决此类图形问题中,其核心要素是,善于从所给的图形中识别和构造出基本图形,然后将求解的对象用函数关系式表示出来,利用函数性质来求最大值和最小值。