周长最小问题

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  【问题】在平面直角坐标系中,矩形OACB的顶点O在坐标原点,顶点A、B分别在x轴、y轴的正半轴上,OA=3,OB=4,D为边OB的中点.
  (1)若E为边OA上的一个动点,当△CDE的周长最小时,求点E的坐标;
  
  
  (2)若E、F为边OA上的两个动点,且EF=2,当四边形CDEF的周长最小时,求点E、F的坐标.
  【命题意图】本题是2010年天津市的一道中考试题,它着重考查轴对称性质、图形中线段和的极值问题.本题涉及轴对称的概念、三角形三边关系、矩形的性质、平行四边形的性质、直角三角形全等与相似等初中数学中的核心内容,渗透几何变换与数形结合的数学思想,将推理论证与计算紧密结合起来,凸现了几何基本图形在学习中的重要性.
  【解题指导】(1)由于线段CD是定值,因此要使△CDE的周长最小,也就是使点E到点D、点C的距离之和最小,并且点D、点C都在x轴的同侧,我们只需要作出点D(或点C)关于x轴的对称点D′(或C′),再连接CD′(或C′D)即可确定动点的位置,可以应用图形中隐含的相似三角形,或利用待定系数法求得直线D′C的解析式来确定E点的坐标;第(2)问,由于DC、EF的长不变,注意到第(1)问的解题策略,我们可以借助其解题方法,截取CG=EF,作D的对称点D′,连接D′G,与x轴交于点E,并作CF∥GE,此时DE+CF最小.
  【解题过程】(1)如图1,作点D关于x轴的对称点D′,连接CD′与x轴交于点E,连接DE.
  若在边OA上任取点E′(与点E不重合),连接CE′、DE′、D′E′.
  由DE′+ CE′=D′E′+CE′>CD′=D′E+CE=DE+CE,
  可知△CDE的周长最小.
  ∵ 在矩形OACB中,OA=3,OB=4,D为OB的中点,
  ∴ BC=3,D′O=DO=2,D′B=6.
  ∵ OE∥BC,
  ∴ Rt△D′OE∽Rt△D′BC,有■=■,
  ∴OE=■=■=1.
  ∴ 点E的坐标为(1,0).
  (2)如图2,作点D关于x轴的对称点D′,在CB边上截取CG=2,连接D′G与x轴交于点E,在EA上截取EF=2.
  ∵ GC∥EF,GC=EF,
  ∴ 四边形GEFC为平行四边形,有GE=CF.
  又 DC、EF的长为定值,
  ∴ 此时得到的点E、F使四边形CDEF的周长最小.
  ∵ OE∥BC,
  ∴ Rt△D′OE∽Rt△D′BG,有■=■,
  ∴OE=■=■=■=■,
  ∴ OF=OE+EF=■+2=■,
  ∴ 点E的坐标为■,0,点F的坐标为■,0.
  【追根溯源】本题是一道源于课本、高于课本的变式拓展题,它类似于苏科版《数学》八年级上册教材第38页第9题:
  如图,点A、B在直线l的同侧,点B′是点B关于直线l对称点,AB′交l于点P.
  (1)AB′与AP+PB相等吗?为什么?
  (2)在l上再取一点Q,并连接AQ和QB,比较AQ+BQ与AP+PB的大小,并说明理由.
  【变式拓展】
  1.如图,在小河l的同侧有水平距离为100米的A、B两点(水平距离指A、B两点分别到河岸的两个垂直投影点间的距离),它们到河岸的距离分别为45米和35米.一牧民在A处放马,傍晚要到河边去饮马.马在河边一边饮水一边沿河岸朝靠近B处的方向(沿PQ方向)走40米,最后回到B处,则马由A到B至少走 米.
  
  
  2.如图,在直角梯形ABCD中,∠ABC=90°,AD∥BC,AD=4,AB=5,BC=6,点P是AB上一个动点,当PC+PD的和最小时,PB的长为 米.
  【参考答案】1.1402.3
  
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