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有关圆的最值问题,往往知识面广、综合性大、应用性强,而且情境新颖,能很好地考查学生的创新能力和潜在的数学素质,本文按知识点分类,以近几年中考题为例,归纳总结此类试题的解题方法。
一、直线外一点到直线上各点的连线中,垂线段最短
例1:(2012宁波)如图1,△ABC中,∠BAC=60°,∠ABC=45°,AB=2 ,D是线段BC上的一个动点,以AD为直径画⊙O分别交AB,AC于点E,F,连结EF,则线段EF长度的最小值为_______.
分析:由垂线段的性质可知,当AD为△ABC的边BC上的高时,直径AD最短.
解:如图2,连结OE,OF,过O点作OH⊥EF,垂足为H.∵在Rt△ADB中,∠ABC=45°,AB=2 ,∴AD=BD=2,即此时圆的直径为2。由圆周角定理,可知∠EOH= ∠EOF=∠BAC=60°,∴在Rt△EOH中,EH=OE·sin∠EOH= .由垂径定理,可知EF=2EH=
点评:本题是一道融垂径定理、圆周角定理、解直角三角形于一体的综合应用题.关键是根据运动变化,找出满足条件的最小圆.
二、两点之间线段最短
例2:(2014三明)如图3,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=2,以BC为直径的半圆交AB于点D,P是 CD上的一个动点,连结AP,则AP的最小值是_______.
分析:如图4,取BC的中点E,连结AE,交半圓于点P2,在半圆上取点P1,连结AP1,EP1,可得,AP1+EP1>AE,即AP2是AP的最小值.再根据勾股定理求出AE的长,然后减掉半径即可.
解:如图4,取BC的中点E,连结AE,交半圆于点P2,在半圆上取点P1,连结AP1,EP1,可得,AP1+EP1>AE,∵ ,P2E=1.∴AP2 .即AP2是AP的最小值.
点评:本题考查了勾股定理、最短路径问题,利用两点之间线段最短是解题的关键.
三、利用轴对称,求直线上一点到直线同侧两点的线段之和最短
例3 (2014张家界)如图5,AB、CD是半径为5的⊙O的两条弦,AB=8,CD=6,MN是直径,AB⊥MN于点E,CD⊥MN于点F,P为EF上的任意一点,则PA+PC的最小值为_______.
分析A、B两点关于MN对称,因而PA+PC=PB+PC,即当B、C、P在一条直线上时,PA+PC的最小,即BC的值就是PA+PC的最小值.
解:如图6,连接OA,OB,OC,作CH垂直于AB于点H.根据垂径定理,得到
在Rt△BCH中,根据勾股定理得到BC=7 ,则PA+PC的最小值为7 .
点评:正确理解BC的长是PA+PC的最小值,是解决本题的关键.
例4(2014东营)如图7,在⊙O中,AB是⊙O的直径,AB=8cm, ,M是AB上一动点,则CM+DM的最小值是_______cm.
解析:如图8,作点C关于AB的对称点C',连结C'D与AB相交于点M,根据轴对称确定最短路线问题,点M为CM+DM的最小值时的位置,根据垂径定理可得 ,然后求出C'D为直径,从而得解.∴CM+DM的最小值是8cm.
点评:题考查了轴对称确定最短路线问题,垂径定理,熟记定理并作出图形,判断出CM+DM的最小值等于圆的直径的长度是解题的关键.
四、利用切线的性质求最小值
例5(2010苏州)如图9,已知A、B两点的坐标分别为(2,0)、(0,2),⊙C的圆心坐标为(-1,0),半径为1.若D是⊙C上的一个动点,线段DA与y轴交于点E,则△ABE面积的最小值是( )
解析:根据三角形的面积公式,△ABE底边BE上的高AO不变,BE越小,则面积越小,可以判断当AD与⊙C相切时,BE的值最小.根据勾股定理求出AD的值,然后根据相似三角形求出OE的长度,代入三角形的面积公式进行计算即可求解.
如图10,由题意知道当DA是圆C的切线时,OE最短,此时△ABE面积最小.AC=2+1=3.CD=1.
故选C.
点评:本题考查了坐标与图形的性质,勾股定理,相似三角形的判定与性质,根据相似三角形对应边成比例列式求出OE的长度是解题的关键.
以圆为载体的最值问题在中考试题中通常以选择、填空的压轴题频繁出现.这类试题“小而精”,集多个知识点于一体,能全方位地考查学生的基本知识、基本技能、解题技巧、以及数学思维和数学素养,成为中考试题中的一朵奇葩,希望同学们在平时学习中,多注意练习总结这类题型的解题方法.www.czsx.com.cn
一、直线外一点到直线上各点的连线中,垂线段最短
例1:(2012宁波)如图1,△ABC中,∠BAC=60°,∠ABC=45°,AB=2 ,D是线段BC上的一个动点,以AD为直径画⊙O分别交AB,AC于点E,F,连结EF,则线段EF长度的最小值为_______.
分析:由垂线段的性质可知,当AD为△ABC的边BC上的高时,直径AD最短.
解:如图2,连结OE,OF,过O点作OH⊥EF,垂足为H.∵在Rt△ADB中,∠ABC=45°,AB=2 ,∴AD=BD=2,即此时圆的直径为2。由圆周角定理,可知∠EOH= ∠EOF=∠BAC=60°,∴在Rt△EOH中,EH=OE·sin∠EOH= .由垂径定理,可知EF=2EH=
点评:本题是一道融垂径定理、圆周角定理、解直角三角形于一体的综合应用题.关键是根据运动变化,找出满足条件的最小圆.
二、两点之间线段最短
例2:(2014三明)如图3,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=2,以BC为直径的半圆交AB于点D,P是 CD上的一个动点,连结AP,则AP的最小值是_______.
分析:如图4,取BC的中点E,连结AE,交半圓于点P2,在半圆上取点P1,连结AP1,EP1,可得,AP1+EP1>AE,即AP2是AP的最小值.再根据勾股定理求出AE的长,然后减掉半径即可.
解:如图4,取BC的中点E,连结AE,交半圆于点P2,在半圆上取点P1,连结AP1,EP1,可得,AP1+EP1>AE,∵ ,P2E=1.∴AP2 .即AP2是AP的最小值.
点评:本题考查了勾股定理、最短路径问题,利用两点之间线段最短是解题的关键.
三、利用轴对称,求直线上一点到直线同侧两点的线段之和最短
例3 (2014张家界)如图5,AB、CD是半径为5的⊙O的两条弦,AB=8,CD=6,MN是直径,AB⊥MN于点E,CD⊥MN于点F,P为EF上的任意一点,则PA+PC的最小值为_______.
分析A、B两点关于MN对称,因而PA+PC=PB+PC,即当B、C、P在一条直线上时,PA+PC的最小,即BC的值就是PA+PC的最小值.
解:如图6,连接OA,OB,OC,作CH垂直于AB于点H.根据垂径定理,得到
在Rt△BCH中,根据勾股定理得到BC=7 ,则PA+PC的最小值为7 .
点评:正确理解BC的长是PA+PC的最小值,是解决本题的关键.
例4(2014东营)如图7,在⊙O中,AB是⊙O的直径,AB=8cm, ,M是AB上一动点,则CM+DM的最小值是_______cm.
解析:如图8,作点C关于AB的对称点C',连结C'D与AB相交于点M,根据轴对称确定最短路线问题,点M为CM+DM的最小值时的位置,根据垂径定理可得 ,然后求出C'D为直径,从而得解.∴CM+DM的最小值是8cm.
点评:题考查了轴对称确定最短路线问题,垂径定理,熟记定理并作出图形,判断出CM+DM的最小值等于圆的直径的长度是解题的关键.
四、利用切线的性质求最小值
例5(2010苏州)如图9,已知A、B两点的坐标分别为(2,0)、(0,2),⊙C的圆心坐标为(-1,0),半径为1.若D是⊙C上的一个动点,线段DA与y轴交于点E,则△ABE面积的最小值是( )
解析:根据三角形的面积公式,△ABE底边BE上的高AO不变,BE越小,则面积越小,可以判断当AD与⊙C相切时,BE的值最小.根据勾股定理求出AD的值,然后根据相似三角形求出OE的长度,代入三角形的面积公式进行计算即可求解.
如图10,由题意知道当DA是圆C的切线时,OE最短,此时△ABE面积最小.AC=2+1=3.CD=1.
故选C.
点评:本题考查了坐标与图形的性质,勾股定理,相似三角形的判定与性质,根据相似三角形对应边成比例列式求出OE的长度是解题的关键.
以圆为载体的最值问题在中考试题中通常以选择、填空的压轴题频繁出现.这类试题“小而精”,集多个知识点于一体,能全方位地考查学生的基本知识、基本技能、解题技巧、以及数学思维和数学素养,成为中考试题中的一朵奇葩,希望同学们在平时学习中,多注意练习总结这类题型的解题方法.www.czsx.com.cn