
所謂“阿氏圓”,是指由古希臘數(shù)學(xué)家阿波羅尼奧斯提出的圓的概念,在平面內(nèi),到兩個(gè)定點(diǎn)距離之比等于定值(不為1)的點(diǎn)的集合叫做圓.
如下圖,已知A、B兩點(diǎn),點(diǎn)P滿足PA:PB=k(k≠1),則滿足條件的所有的點(diǎn)P構(gòu)成的圖形為圓.
下給出證明
法一:首先了解兩個(gè)定理
(1)角平分線定理:如圖,在△ABC中,AD是∠BAC的角平分線,則.
證明:,,即
(2)外角平分線定理:如圖,在△ABC中,外角CAE的角平分線AD交BC的延長(zhǎng)線于點(diǎn)D,則.
證明:在BA延長(zhǎng)線上取點(diǎn)E使得AE=AC,連接BD,則△ACD≌△AED(SAS),CD=ED且AD平分∠BDE,則,即.
接下來開始證明步驟:
如圖,PA:PB=k,作∠APB的角平分線交AB于M點(diǎn),根據(jù)角平分線定理,,故M點(diǎn)為定點(diǎn),即∠APB的角平分線交AB于定點(diǎn);
作∠APB外角平分線交直線AB于N點(diǎn),根據(jù)外角平分線定理,,故N點(diǎn)為定點(diǎn),即∠APB外角平分線交直線AB于定點(diǎn);
又∠MPN=90°,定邊對(duì)定角,故P點(diǎn)軌跡是以MN為直徑的圓.
法二:建系
不妨將點(diǎn)A、B兩點(diǎn)置于x軸上且關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱,設(shè)A(-m,0),則B(m,0),設(shè)P(x,y),PA=kPB,即:
解析式滿足圓的一般方程,故P點(diǎn)所構(gòu)成的圖形是圓,且圓心與AB共線.
除了證明之外,我們還需了解“阿氏圓”的一些性質(zhì):
(1).
應(yīng)用:根據(jù)點(diǎn)A、B的位置及k的值可確定M、N及圓心O.
(2)△OBP∽△OPA,即,變形為.
應(yīng)用:根據(jù)圓心及半徑和A、B其中一點(diǎn),可求A、B另外一點(diǎn)位置.
(3).
應(yīng)用:已知半徑及A、B中的其中一點(diǎn),即可知道PA:PB的值.
二、典例精析
1.如圖,在△ABC中,AB=4,AC=2,點(diǎn)D為AB邊上一點(diǎn),當(dāng)AD= 時(shí),△ACD∽△ABC.
解:若△ACD∽△ABC則有即
∵AB=4,AC=2
∴
故答案為1.
2.如圖,點(diǎn)P是半徑為2的上一動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)A、B為外的定點(diǎn),連接PA、PB,點(diǎn)B與圓心O的距離為4.要使的值最小,如何確定點(diǎn)P,并說明理由.
【思路分析】構(gòu)造相似三角形,將所求兩條線段的和轉(zhuǎn)化為一條線段,此線段與圓的交點(diǎn)即為所求.
【詳解】連接OB,OP,在OB上截取OC=1,連接AC交于點(diǎn) ,連接PC.
根據(jù)阿氏圓可得即
當(dāng)點(diǎn)A、P、C三點(diǎn)共線時(shí),PA+PC的值最小,最小值為AC的長(zhǎng),即當(dāng)點(diǎn)P與重合時(shí),PA+的值最小.
3.如圖,平面直角坐標(biāo)系中,A(4,0),B(0,3),點(diǎn)E在以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),求的最小值.
【思路分析】在坐標(biāo)軸上找一點(diǎn),構(gòu)造相似三角形,利用對(duì)應(yīng)邊成比例將兩條線段的和轉(zhuǎn)化為求一條線段的長(zhǎng),即為最小值.
【詳解】如圖,在y軸上取一點(diǎn)M ,連接OE,EM,AM,則OE=2,OB=3,OM=
∴
又∵
∴
∴,即
∴
當(dāng)A、E、M三點(diǎn)共線時(shí),AE+BM的值最小,最小值為AM的長(zhǎng).
在中,
∴當(dāng)E為線段AM與的交點(diǎn)時(shí),有最小值為.
4.如圖,已知拋物線與x軸交于A、B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在點(diǎn)B左側(cè)),與y軸交于點(diǎn)C,點(diǎn)E的坐標(biāo)為(2,0),將線段OE繞點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)得到,旋轉(zhuǎn)角為α,連接、,求的最小值.
【思路分析】由旋轉(zhuǎn)可知點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓在第一象限內(nèi)的一段圓弧,在y軸上找一點(diǎn),構(gòu)造相似三角形,再結(jié)合各點(diǎn)坐標(biāo)求解即可.
【詳解】解:∵拋物線的解析式為
∴
∵點(diǎn)E的坐標(biāo)為(2,0)
∴點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓在第一象限內(nèi)的一段圓弧.
如圖在y軸上取一點(diǎn),連接,則,,
∴
又∵
∴
∴即
∴
當(dāng)三點(diǎn)共線時(shí),的值最小,最小值為BM的長(zhǎng).
∵
∴當(dāng)為BM與圓弧的交點(diǎn)時(shí),有最小值為 .
三、中考真題演練
1.(2022·廣東惠州·一模)如圖1,拋物線與軸交于兩點(diǎn),與軸交于點(diǎn),其中點(diǎn)的坐標(biāo)為,拋物線的對(duì)稱軸是直線.
,求的最小值.
3.(2019·山東·中考真題)如圖1,在平面直角坐標(biāo)系中,直線y=﹣5x+5與x軸,y軸分別交于A,C兩點(diǎn),拋物線y=x2+bx+c經(jīng)過A,C兩點(diǎn),與x軸的另一交點(diǎn)為B
(1)求拋物線解析式及B點(diǎn)坐標(biāo);
(2)若點(diǎn)M為x軸下方拋物線上一動(dòng)點(diǎn),連接MA、MB、BC,當(dāng)點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí),四邊形AMBC面積最大,求此時(shí)點(diǎn)M的坐標(biāo)及四邊形AMBC的面積;
(3)如圖2,若P點(diǎn)是半徑為2的⊙B上一動(dòng)點(diǎn),連接PC、PA,當(dāng)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí),PC+PA的值最小,請(qǐng)求出這個(gè)最小值,并說明理由.
4.(2018·廣西柳州·中考真題)如圖,拋物線與軸交于,,兩點(diǎn)(點(diǎn)在點(diǎn)的左側(cè)),與軸交于點(diǎn),且,的平分線交軸于點(diǎn),過點(diǎn)且垂直于的直線交軸于點(diǎn),點(diǎn)是軸下方拋物線上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),過點(diǎn)作軸,垂足為,交直線于點(diǎn).
(1)求拋物線的解析式;
(2)設(shè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)為,當(dāng)時(shí),求的值;
(3)當(dāng)直線為拋物線的對(duì)稱軸時(shí),以點(diǎn)為圓心,為半徑作,點(diǎn)為上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),求的最小值.
阿氏圓模型
一、知識(shí)導(dǎo)航
所謂“阿氏圓”,是指由古希臘數(shù)學(xué)家阿波羅尼奧斯提出的圓的概念,在平面內(nèi),到兩個(gè)定點(diǎn)距離之比等于定值(不為1)的點(diǎn)的集合叫做圓.
如下圖,已知A、B兩點(diǎn),點(diǎn)P滿足PA:PB=k(k≠1),則滿足條件的所有的點(diǎn)P構(gòu)成的圖形為圓.
下給出證明
法一:首先了解兩個(gè)定理
(1)角平分線定理:如圖,在△ABC中,AD是∠BAC的角平分線,則.
證明:,,即
(2)外角平分線定理:如圖,在△ABC中,外角CAE的角平分線AD交BC的延長(zhǎng)線于點(diǎn)D,則.
證明:在BA延長(zhǎng)線上取點(diǎn)E使得AE=AC,連接BD,則△ACD≌△AED(SAS),CD=ED且AD平分∠BDE,則,即.
接下來開始證明步驟:
如圖,PA:PB=k,作∠APB的角平分線交AB于M點(diǎn),根據(jù)角平分線定理,,故M點(diǎn)為定點(diǎn),即∠APB的角平分線交AB于定點(diǎn);
作∠APB外角平分線交直線AB于N點(diǎn),根據(jù)外角平分線定理,,故N點(diǎn)為定點(diǎn),即∠APB外角平分線交直線AB于定點(diǎn);
又∠MPN=90°,定邊對(duì)定角,故P點(diǎn)軌跡是以MN為直徑的圓.
法二:建系
不妨將點(diǎn)A、B兩點(diǎn)置于x軸上且關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱,設(shè)A(-m,0),則B(m,0),設(shè)P(x,y),PA=kPB,即:
解析式滿足圓的一般方程,故P點(diǎn)所構(gòu)成的圖形是圓,且圓心與AB共線.
除了證明之外,我們還需了解“阿氏圓”的一些性質(zhì):
(1).
應(yīng)用:根據(jù)點(diǎn)A、B的位置及k的值可確定M、N及圓心O.
(2)△OBP∽△OPA,即,變形為.
應(yīng)用:根據(jù)圓心及半徑和A、B其中一點(diǎn),可求A、B另外一點(diǎn)位置.
(3).
應(yīng)用:已知半徑及A、B中的其中一點(diǎn),即可知道PA:PB的值.
二、典例精析
1.如圖,在△ABC中,AB=4,AC=2,點(diǎn)D為AB邊上一點(diǎn),當(dāng)AD= 時(shí),△ACD∽△ABC.
解:若△ACD∽△ABC則有即
∵AB=4,AC=2
∴
故答案為1.
2.如圖,點(diǎn)P是半徑為2的上一動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)A、B為外的定點(diǎn),連接PA、PB,點(diǎn)B與圓心O的距離為4.要使的值最小,如何確定點(diǎn)P,并說明理由.
【思路分析】構(gòu)造相似三角形,將所求兩條線段的和轉(zhuǎn)化為一條線段,此線段與圓的交點(diǎn)即為所求.
【詳解】連接OB,OP,在OB上截取OC=1,連接AC交于點(diǎn) ,連接PC.
根據(jù)阿氏圓可得即
當(dāng)點(diǎn)A、P、C三點(diǎn)共線時(shí),PA+PC的值最小,最小值為AC的長(zhǎng),即當(dāng)點(diǎn)P與重合時(shí),PA+的值最小.
3.如圖,平面直角坐標(biāo)系中,A(4,0),B(0,3),點(diǎn)E在以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),求的最小值.
【思路分析】在坐標(biāo)軸上找一點(diǎn),構(gòu)造相似三角形,利用對(duì)應(yīng)邊成比例將兩條線段的和轉(zhuǎn)化為求一條線段的長(zhǎng),即為最小值.
【詳解】如圖,在y軸上取一點(diǎn)M ,連接OE,EM,AM,則OE=2,OB=3,OM=
∴
又∵
∴
∴,即
∴
當(dāng)A、E、M三點(diǎn)共線時(shí),AE+BM的值最小,最小值為AM的長(zhǎng).
在中,
∴當(dāng)E為線段AM與的交點(diǎn)時(shí),有最小值為.
4.如圖,已知拋物線與x軸交于A、B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在點(diǎn)B左側(cè)),與y軸交于點(diǎn)C,點(diǎn)E的坐標(biāo)為(2,0),將線段OE繞點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)得到,旋轉(zhuǎn)角為α,連接、,求的最小值.
【思路分析】由旋轉(zhuǎn)可知點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓在第一象限內(nèi)的一段圓弧,在y軸上找一點(diǎn),構(gòu)造相似三角形,再結(jié)合各點(diǎn)坐標(biāo)求解即可.
【詳解】解:∵拋物線的解析式為
∴
∵點(diǎn)E的坐標(biāo)為(2,0)
∴點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為以原點(diǎn)O為圓心,2為半徑的圓在第一象限內(nèi)的一段圓弧.
如圖在y軸上取一點(diǎn),連接,則,,
∴
又∵
∴
∴即
∴
當(dāng)三點(diǎn)共線時(shí),的值最小,最小值為BM的長(zhǎng).
∵
∴當(dāng)為BM與圓弧的交點(diǎn)時(shí),有最小值為 .
三、中考真題演練
1.(2022·廣東惠州·一模)如圖1,拋物線與軸交于兩點(diǎn),與軸交于點(diǎn),其中點(diǎn)的坐標(biāo)為,拋物線的對(duì)稱軸是直線.
(1)求拋物線的解析式;
(2)若點(diǎn)是直線下方的拋物線上一個(gè)動(dòng)點(diǎn),是否存在點(diǎn)使四邊形的面積為16,若存在,求出點(diǎn)的坐標(biāo)若不存在,請(qǐng)說明理由;
(3)如圖2,過點(diǎn)作交拋物線的對(duì)稱軸于點(diǎn),以點(diǎn)為圓心,2為半徑作,點(diǎn)為上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),求的最小值.
【答案】(1)
(2)或
(3)
【分析】(1)根據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)為,拋物線的對(duì)稱軸是直線.待定系數(shù)法求二次函數(shù)解析式即可,
(2)先求得直線解析式,設(shè),則,過點(diǎn)作軸交直線于點(diǎn),根據(jù)等于16建立方程,解一元二次方程即可求得的值,然后求得的坐標(biāo),
(3)在上取,過點(diǎn)作,構(gòu)造,則當(dāng)三點(diǎn)共線時(shí),取得最小值,最小值為,勾股定理解直角三形即可.
【詳解】(1)解:∵拋物線與軸交于兩點(diǎn),與軸交于點(diǎn),點(diǎn)的坐標(biāo)為,拋物線的對(duì)稱軸是直線,
∴,
,
解得,
拋物線解析式為:,
(2)當(dāng),即,
解得,
,
,
設(shè)直線解析式為,
,
解得,
直線解析式為,
設(shè),過點(diǎn)作軸交直線于點(diǎn),
則,
,
四邊形的面積為16,
,
解得,
或,
(3)如圖,過點(diǎn)作交拋物線的對(duì)稱軸于點(diǎn),以點(diǎn)為圓心,2為半徑作,
是拋物線的對(duì)稱軸,
,
,
,,
,
,
在上取,過點(diǎn)作,交軸于點(diǎn),交拋物線對(duì)稱軸于點(diǎn),則,
,
,
,,
,
,
,
,
當(dāng)三點(diǎn)共線時(shí),取得最小值,最小值為,
.
則的最小值為.
【點(diǎn)睛】本題考查了二次函數(shù)綜合,相似三角形的性質(zhì)與判定,掌握二次函數(shù)的性質(zhì)與相似三角形的性質(zhì)與判定是解題的關(guān)鍵.
2.(16-17九年級(jí)下·江蘇鹽城·階段練習(xí))如圖1,拋物線與x軸交于點(diǎn),與y軸交于點(diǎn)B,在x軸上有一動(dòng)點(diǎn)(),過點(diǎn)E作x軸的垂線交直線AB于點(diǎn)N,交拋物線于點(diǎn)P,過點(diǎn)P作PM⊥AB于點(diǎn)M.
(1)求a的值和直線AB的函數(shù)表達(dá)式:
(2)設(shè)△PMN的周長(zhǎng)為,△AEN的周長(zhǎng)為,若求m的值.
(3)如圖2,在(2)的條件下,將線段OE繞點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)得到,旋轉(zhuǎn)角為(),連接、,求的最小值.
【答案】(1)a=-.直線AB解析式為y=-x+3;
(2)2
(3)
【分析】(1)令y=0,求出拋物線與x軸交點(diǎn),列出方程即可求出a,根據(jù)待定系數(shù)法可以確定直線AB解析式;
(2)由△PNM∽△ANE,推出,列出方程即可解決問題;
(3)在y軸上 取一點(diǎn)M使得OM′=,構(gòu)造相似三角形,可以證明AM′就是E′A+E′B的最小值.
【詳解】(1)令y=0,則ax2+(a+3)x+3=0,
∴(x+1)(ax+3)=0,
∴x=-1或-,
∵拋物線y=ax2+(a+3)x+3(a≠0)與x軸交于點(diǎn)A(4,0),
∴-=4,
∴a=-.
∵A(4,0),B(0,3),
設(shè)直線AB解析式為y=kx+b,則,
解得,
∴直線AB解析式為y=-x+3;
(2)如圖1,
∵PM⊥AB,PE⊥OA,
∴∠PMN=∠AEN,
∵∠PNM=∠ANE,
∴△PNM∽△ANE,
∵
∴,
∵NE∥OB,
∴,
∴,
∵拋物線解析式為,
∴,
∴,
解得m=2或4,
經(jīng)檢驗(yàn)x=4是分式方程的增根,
∴m=2;
(3)如圖2,在y軸上 取一點(diǎn)M′使得OM′=,連接AM′,在AM′上取一點(diǎn)E′使得OE′=OE.
∵OE′=2,OM′?OB=,
∴OE′2=OM′?OB,
∴,
∵∠BOE′=∠M′OE′,
∴△M′OE′∽△E′OB,
∴,
∴,
∴,此時(shí)最?。▋牲c(diǎn)間線段最短,A、M′、E′共線時(shí)),
最小值.
【點(diǎn)睛】本題為二次函數(shù)綜合題,主要考查相似三角形的判定和性質(zhì)、待定系數(shù)法、最小值問題等知識(shí),解題的關(guān)鍵是構(gòu)造相似三角形,找到線段AM′就是的最小值.
3.(2019·山東·中考真題)如圖1,在平面直角坐標(biāo)系中,直線y=﹣5x+5與x軸,y軸分別交于A,C兩點(diǎn),拋物線y=x2+bx+c經(jīng)過A,C兩點(diǎn),與x軸的另一交點(diǎn)為B
(1)求拋物線解析式及B點(diǎn)坐標(biāo);
(2)若點(diǎn)M為x軸下方拋物線上一動(dòng)點(diǎn),連接MA、MB、BC,當(dāng)點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí),四邊形AMBC面積最大,求此時(shí)點(diǎn)M的坐標(biāo)及四邊形AMBC的面積;
(3)如圖2,若P點(diǎn)是半徑為2的⊙B上一動(dòng)點(diǎn),連接PC、PA,當(dāng)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí),PC+PA的值最小,請(qǐng)求出這個(gè)最小值,并說明理由.
【答案】(1)y=x2﹣6x+5, B(5,0);(2)當(dāng)M(3,﹣4)時(shí),四邊形AMBC面積最大,最大面積等于18;(3)PC+PA的最小值為,理由詳見解析.
【分析】(1)由直線y=﹣5x+5求點(diǎn)A、C坐標(biāo),用待定系數(shù)法求拋物線解析式,進(jìn)而求得點(diǎn)B坐標(biāo).
(2)從x軸把四邊形AMBC分成△ABC與△ABM;由點(diǎn)A、B、C坐標(biāo)求△ABC面積;設(shè)點(diǎn)M橫坐標(biāo)為m,過點(diǎn)M作x軸的垂線段MH,則能用m表示MH的長(zhǎng),進(jìn)而求△ABM的面積,得到△ABM面積與m的二次函數(shù)關(guān)系式,且對(duì)應(yīng)的a值小于0,配方即求得m為何值時(shí)取得最大值,進(jìn)而求點(diǎn)M坐標(biāo)和四邊形AMBC的面積最大值.
(3)作點(diǎn)D坐標(biāo)為(4,0),可得BD=1,進(jìn)而有,再加上公共角∠PBD=∠ABP,根據(jù)兩邊對(duì)應(yīng)成比例且夾角相等可證△PBD∽△ABP,得等于相似比,進(jìn)而得PD=AP,所以當(dāng)C、P、D在同一直線上時(shí),PC+PA=PC+PD=CD最?。脙牲c(diǎn)間距離公式即求得CD的長(zhǎng).
【詳解】解:(1)直線y=﹣5x+5,x=0時(shí),y=5
∴C(0,5)
y=﹣5x+5=0時(shí),解得:x=1
∴A(1,0)
∵拋物線y=x2+bx+c經(jīng)過A,C兩點(diǎn)
∴ 解得:
∴拋物線解析式為y=x2﹣6x+5
當(dāng)y=x2﹣6x+5=0時(shí),解得:x1=1,x2=5
∴B(5,0)
(2)如圖1,過點(diǎn)M作MH⊥x軸于點(diǎn)H
∵A(1,0),B(5,0),C(0,5)
∴AB=5﹣1=4,OC=5
∴S△ABC=AB?OC=×4×5=10
∵點(diǎn)M為x軸下方拋物線上的點(diǎn)
∴設(shè)M(m,m2﹣6m+5)(1<m<5)
∴MH=|m2﹣6m+5|=﹣m2+6m﹣5
∴S△ABM=AB?MH=×4(﹣m2+6m﹣5)=﹣2m2+12m﹣10=﹣2(m﹣3)2+8
∴S四邊形AMBC=S△ABC+S△ABM=10+[﹣2(m﹣3)2+8]=﹣2(m﹣3)2+18
∴當(dāng)m=3,即M(3,﹣4)時(shí),四邊形AMBC面積最大,最大面積等于18
(3)如圖2,在x軸上取點(diǎn)D(4,0),連接PD、CD
∴BD=5﹣4=1
∵AB=4,BP=2
∴
∵∠PBD=∠ABP
∴△PBD∽△ABP
∴
∴PD=AP
∴PC+PA=PC+PD
∴當(dāng)點(diǎn)C、P、D在同一直線上時(shí),PC+PA=PC+PD=CD最小
∵CD=
∴PC+PA的最小值為
【點(diǎn)睛】此題主要考查二次函數(shù)綜合,解題的關(guān)鍵是熟知二次函數(shù)的性質(zhì)、圓的性質(zhì)及相似三角形的判斷與性質(zhì).
4.(2018·廣西柳州·中考真題)如圖,拋物線與軸交于,,兩點(diǎn)(點(diǎn)在點(diǎn)的左側(cè)),與軸交于點(diǎn),且,的平分線交軸于點(diǎn),過點(diǎn)且垂直于的直線交軸于點(diǎn),點(diǎn)是軸下方拋物線上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),過點(diǎn)作軸,垂足為,交直線于點(diǎn).
(1)求拋物線的解析式;
(3)如圖,∵PF是對(duì)稱軸,∴F(,0),H(,﹣2).
∵AH⊥AE,∴∠EAO=60°,∴EOOA=3,∴E(0,3).
∵C(0,﹣3),∴HC2,AH=2FH=4,∴QHCH=1,在HA上取一點(diǎn)K,使得HK,此時(shí)K().
∵HQ2=1,HK?HA=1,∴HQ2=HK?HA,∴.
∵∠QHK=∠AHQ,∴△QHK∽△AHQ,∴,∴KQAQ,∴AQ+QE=KQ+EQ,∴當(dāng)E、Q、K共線時(shí),AQ+QE的值最小,最小值.
【點(diǎn)睛】本題考查了相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例、兩邊成比例且夾角相等的兩個(gè)三角形相似、待定系數(shù)法求二次函數(shù)的表達(dá)式、二次函數(shù)的圖象與性質(zhì)、數(shù)軸上兩點(diǎn)間的距離公式,熟練掌握該知識(shí)點(diǎn)是本題解題的關(guān)鍵.
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