1、以專題復(fù)習(xí)為主。如選擇題、填空題的專項(xiàng)練習(xí),要把握準(zhǔn)確度和時(shí)間的安排。
2、重視方法思維的訓(xùn)練。對(duì)初中數(shù)學(xué)所涉及的函數(shù)思想、方程思想、數(shù)形結(jié)合思想、分類討論思想、轉(zhuǎn)化與化歸思想、整體思想等數(shù)學(xué)思想方法,要通過(guò)典型試題的訓(xùn)練。
3、拓寬思維的廣度,培養(yǎng)多角度、多維度思考問(wèn)題的習(xí)慣。將專項(xiàng)復(fù)習(xí)中的共性習(xí)題串連起來(lái),通過(guò)一題多解,積極地探求解決問(wèn)題的最優(yōu)解法。
專題26 最值模型之費(fèi)馬點(diǎn)模型
費(fèi)馬點(diǎn)問(wèn)題是由全等三角形中的手拉手模型衍生而來(lái),主要考查轉(zhuǎn)化與化歸等的數(shù)學(xué)思想,在各類考試中都以中高檔題為主。本專題就最值模型中的費(fèi)馬點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行梳理及對(duì)應(yīng)試題分析,方便掌握。
【模型背景】皮耶·德·費(fèi)馬,17世紀(jì)法國(guó)數(shù)學(xué)家,有“業(yè)余數(shù)學(xué)家之王”的美譽(yù),之所以叫業(yè)余并非段位不夠,而是因?yàn)槠渲髀毷锹蓭煟媛毟愀銛?shù)學(xué).費(fèi)馬在解析幾何、微積分等領(lǐng)域都有卓越的貢獻(xiàn),除此之外,費(fèi)馬廣為人知的是以其名字命名的“費(fèi)馬小定理”、“費(fèi)馬大定理”等.費(fèi)馬點(diǎn):三角形內(nèi)的點(diǎn)到三個(gè)頂點(diǎn)距離之和最小的點(diǎn)。
【模型解讀】
結(jié)論1:如圖,點(diǎn)M為△ABC內(nèi)任意一點(diǎn),連接AM、BM、CM,當(dāng)M與三個(gè)頂點(diǎn)連線的夾角為120°時(shí),MA+MB+MC的值最小。
注意:上述結(jié)論成立的條件是△ABC的最大的角要小于120o,若最大的角大于或等于120o,此時(shí)費(fèi)馬點(diǎn)就是最大角的頂點(diǎn)A。(這種情況一般不考,通常三角形的最大頂角都小于120°)
【模型證明】以AB為一邊向外作等邊三角形△ABE,將BM繞點(diǎn)B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到BN,連接EN.
∵△ABE為等邊三角形,∴AB=BE,∠ABE=60°.而∠MBN=60°,∴∠ABM=∠EBN.
在△AMB與△ENB中,∵,∴△AMB≌△ENB(SAS).
連接MN.由△AMB≌△ENB知,AM=EN.∵∠MBN=60°,BM=BN,∴△BMN為等邊三角形.
∴BM=MN.∴AM+BM+CM=EN+MN+CM.∴當(dāng)E、N、M、C四點(diǎn)共線時(shí),AM+BM+CM的值最?。?br>此時(shí),∠BMC=180°﹣∠NMB=120°;∠AMB=∠ENB=180°﹣∠BNM=120°;
∠AMC=360°﹣∠BMC﹣∠AMB=120°.
費(fèi)馬點(diǎn)的作法:如圖3,分別以△ABC的AB、AC為一邊向外作等邊△ABE和等邊△ACF,連接CE、BF,設(shè)交點(diǎn)為M,則點(diǎn)M即為△ABC的費(fèi)馬點(diǎn)。
【最值原理】?jī)牲c(diǎn)之間,線段最短。
結(jié)論2:點(diǎn)P為銳角△ABC內(nèi)任意一點(diǎn),連接AP、BP、CP,求xAP+yBP+zCP最小值。(加權(quán)費(fèi)馬點(diǎn))
【模型證明】第一步,選定固定不變線段;第二步,對(duì)剩余線段進(jìn)行縮小或者放大。
如:保持BP不變,xAP+yBP+zCP=,如圖,B、P、P2、A2四點(diǎn)共線時(shí),取得最小值。
模型特征:PA+PB+PC(P為動(dòng)點(diǎn))
①一動(dòng)點(diǎn),三定點(diǎn);②以三角形的三邊向外作等邊三角形的,再分別將所作等邊三角形最外的頂點(diǎn)與已知三角形且與所作等邊三角形相對(duì)的頂點(diǎn)相連,連線的交點(diǎn)即為費(fèi)馬點(diǎn);③同時(shí)線段前可以有不為1的系數(shù)出現(xiàn),即:加權(quán)費(fèi)馬點(diǎn)。
例1.(2023·湖北隨州·統(tǒng)考中考真題)1643年,法國(guó)數(shù)學(xué)家費(fèi)馬曾提出一個(gè)著名的幾何問(wèn)題:給定不在同一條直線上的三個(gè)點(diǎn)A,B,C,求平面上到這三個(gè)點(diǎn)的距離之和最小的點(diǎn)的位置,意大利數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家托里拆利給出了分析和證明,該點(diǎn)也被稱為“費(fèi)馬點(diǎn)”或“托里拆利點(diǎn)”,該問(wèn)題也被稱為“將軍巡營(yíng)”問(wèn)題.
(1)下面是該問(wèn)題的一種常見(jiàn)的解決方法,請(qǐng)補(bǔ)充以下推理過(guò)程:(其中①處從“直角”和“等邊”中選擇填空,②處從“兩點(diǎn)之間線段最短”和“三角形兩邊之和大于第三邊”中選擇填空,③處填寫(xiě)角度數(shù),④處填寫(xiě)該三角形的某個(gè)頂點(diǎn))
當(dāng)?shù)娜齻€(gè)內(nèi)角均小于時(shí),
如圖1,將繞,點(diǎn)C順時(shí)針旋轉(zhuǎn)得到,連接,

由,可知為 ① 三角形,故,又,故,
由 ② 可知,當(dāng)B,P,,A在同一條直線上時(shí),取最小值,如圖2,最小值為,此時(shí)的P點(diǎn)為該三角形的“費(fèi)馬點(diǎn)”,且有 ③ ;
已知當(dāng)有一個(gè)內(nèi)角大于或等于時(shí),“費(fèi)馬點(diǎn)”為該三角形的某個(gè)頂點(diǎn).如圖3,若,則該三角形的“費(fèi)馬點(diǎn)”為 ④ 點(diǎn).
(2)如圖4,在中,三個(gè)內(nèi)角均小于,且,已知點(diǎn)P為的“費(fèi)馬點(diǎn)”,求的值;

(3)如圖5,設(shè)村莊A,B,C的連線構(gòu)成一個(gè)三角形,且已知.現(xiàn)欲建一中轉(zhuǎn)站P沿直線向A,B,C三個(gè)村莊鋪設(shè)電纜,已知由中轉(zhuǎn)站P到村莊A,B,C的鋪設(shè)成本分別為a元/,a元/,元/,選取合適的P的位置,可以使總的鋪設(shè)成本最低為_(kāi)__________元.(結(jié)果用含a的式子表示)
例2.(2023·廣東深圳·二模)如圖,是等邊三角形,M是正方形ABCD對(duì)角線BD(不含B點(diǎn))上任意一點(diǎn),,(點(diǎn)N在AB的左側(cè)),當(dāng)AM+BM+CM的最小值為時(shí),正方形的邊長(zhǎng)為_(kāi)_____.
例3.(2023春·江蘇·八年級(jí)專題練習(xí))如圖,四邊形 是菱形,B=6,且∠ABC=60° ,M是菱形內(nèi)任一點(diǎn),連接AM,BM,CM,則AM+BM+CM 的最小值為_(kāi)_______.
例4.(2023春·湖北武漢·九年級(jí)??茧A段練習(xí))如圖,點(diǎn)M是矩形內(nèi)一點(diǎn),且,,N為邊上一點(diǎn),連接、、,則的最小值為_(kāi)_____.
例5.(2023·廣東廣州·??级#┢叫兴倪呅沃?,點(diǎn)E在邊上,連,點(diǎn)F在線段上,連,連.
(1)如圖1,已知,點(diǎn)E為中點(diǎn),.若,求的長(zhǎng)度;
(2)如圖2,已知,將射線沿翻折交于H,過(guò)點(diǎn)C作交于點(diǎn)G.若,求證:;
(3)如圖3,已知,若,直接寫(xiě)出的最小值.
例6.(2023.河南四模)閱讀材料:平面幾何中的費(fèi)馬問(wèn)題是十七世紀(jì)法國(guó)數(shù)學(xué)家、被譽(yù)為業(yè)余數(shù)學(xué)家之王的皮埃爾·德·費(fèi)馬提出的一個(gè)著名的幾何問(wèn)題.1643年,在一封寫(xiě)給意大利數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家托里拆利的私人信件中,費(fèi)馬提出了下面這個(gè)極富挑戰(zhàn)性和趣味性的幾何難題,請(qǐng)求托里拆利幫忙解答:給定不在一條直線上的三個(gè)點(diǎn)A,B,C,求平面上到這三個(gè)點(diǎn)的距離之和最短的點(diǎn)P的位置.托里拆利成功地解決了費(fèi)馬的問(wèn)題.后來(lái)人們就把平面上到一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A,B,C距離之和最小的點(diǎn)稱為ABC的費(fèi)馬-托里拆利點(diǎn),也簡(jiǎn)稱為費(fèi)馬點(diǎn)或托里拆利點(diǎn).問(wèn)題解決:
(1)費(fèi)馬問(wèn)題有多種不同的解法,最簡(jiǎn)單快捷的還是幾何解法.如圖1,我們可以將BPC繞點(diǎn)B順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到BDE,連接PD,可得BPD為等邊三角形,故PD=PB,由旋轉(zhuǎn)可得DE=PC,因PA+PB+PC=PA+PD+DE,由 可知,PA+PB+PC的最小值與線段 的長(zhǎng)度相等;
(2)如圖2,在直角三角形ABC內(nèi)部有一動(dòng)點(diǎn)P,∠BAC=90°,∠ACB=30°,連接PA,PB,PC,若AB=2,求PA+PB+PC的最小值;(3)如圖3,菱形ABCD的邊長(zhǎng)為4,∠ABC=60°,平面內(nèi)有一動(dòng)點(diǎn)E,在點(diǎn)E運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,始終有∠BEC=90°,連接AE、DE,在ADE內(nèi)部是否存在一點(diǎn)P,使得PA+PD+PE最小,若存在,請(qǐng)直接寫(xiě)出PA+PD+PE的最小值;若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
例7.(2023·江蘇·??既#┤鐖D,四個(gè)村莊坐落在矩形ABCD的四個(gè)頂點(diǎn)上,公里,公里,現(xiàn)在要設(shè)立兩個(gè)車站E,F(xiàn),則的最小值為_(kāi)_____公里.
例8.(2023下·陜西西安·九年級(jí)校考階段練習(xí))問(wèn)題探究
將幾何圖形按照某種法則或規(guī)則變換成另一種幾何圖形的過(guò)程叫做幾何變換.旋轉(zhuǎn)變換是幾何變換的一種基本模型.經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn),往往能使圖形的幾何性質(zhì)明白顯現(xiàn).題設(shè)和結(jié)論中的元素由分散變?yōu)榧?,相互之間的關(guān)系清楚明了,從而將求解問(wèn)題靈活轉(zhuǎn)化.

問(wèn)題提出:如圖1,是邊長(zhǎng)為1的等邊三角形,P為內(nèi)部一點(diǎn),連接、、,求的最小值.
方法分析:通過(guò)轉(zhuǎn)化,把由三角形內(nèi)一點(diǎn)發(fā)出的三條線段(星型線)轉(zhuǎn)化為兩定點(diǎn)之間的折線(化星為折),再利用“兩點(diǎn)之間線段最短”求最小值(化折為直).
問(wèn)題解決:如圖2,將繞點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至,連接,記與交于點(diǎn),易知.由,可知為正三角形,有.
故.因此,當(dāng)共線時(shí),有最小值是.
學(xué)以致用:(1)如圖3,在中,為內(nèi)部一點(diǎn),連接,則的最小值是________.(2)如圖4,在中,為內(nèi)部一點(diǎn),連接,求的最小值.
課后專項(xiàng)訓(xùn)練
1.(2022·宜賓·中考真題)如圖,和都是等腰直角三角形,,點(diǎn)D是BC邊上的動(dòng)點(diǎn)(不與點(diǎn)B、C重合),DE與AC交于點(diǎn)F,連結(jié)CE.下列結(jié)論:①;②;③若,則;④在內(nèi)存在唯一一點(diǎn)P,使得的值最小,若點(diǎn)D在AP的延長(zhǎng)線上,且AP的長(zhǎng)為2,則.其中含所有正確結(jié)論的選項(xiàng)是( )
A.①②④B.①②③C.①③④D.①②③④
2.(2023·成都實(shí)外九年級(jí)階段練習(xí))如圖,在中,,P是內(nèi)一點(diǎn),求的最小值為_(kāi)_____.
3.(2023·廣東廣州·一模)如圖,在Rt△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,點(diǎn)P是AB邊上一動(dòng)點(diǎn),作PD⊥BC于點(diǎn)D,線段AD上存在一點(diǎn)Q,當(dāng)QA+QB+QC的值取得最小值,且AQ=2時(shí),則PD=________.
4.(2019·湖北武漢·中考真題)問(wèn)題背景:如圖,將繞點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到,與交于點(diǎn),可推出結(jié)論:
問(wèn)題解決:如圖,在中,,,.點(diǎn)是內(nèi)一點(diǎn),則點(diǎn)到三個(gè)頂點(diǎn)的距離和的最小值是___________

5.(2023·重慶·九年級(jí)專題練習(xí))如圖,△ABC中,∠BAC=30°且AB=AC,P是底邊上的高AH上一點(diǎn).若AP+BP+CP的最小值為2,則BC=_____.
6.(2023·江蘇·九年級(jí)專題練習(xí))如圖,四邊形 是菱形,B=6,且∠ABC=60° ,M是菱形內(nèi)任一點(diǎn),連接AM,BM,CM,則AM+BM+CM 的最小值為_(kāi)_______.
7.(2023·陜西·二模)已知,如圖在中,,,,在內(nèi)部有一點(diǎn)D,連接DA、DB、DC.則的最小值是__________.
8.(2023·山東·九年級(jí)專題練習(xí))已知:到三角形3個(gè)頂點(diǎn)距離之和最小的點(diǎn)稱為該三角形的費(fèi)馬點(diǎn).如果是銳角(或直角)三角形,則其費(fèi)馬點(diǎn)P是三角形內(nèi)一點(diǎn),且滿足.(例如:等邊三角形的費(fèi)馬點(diǎn)是其三條高的交點(diǎn)).若,P為的費(fèi)馬點(diǎn),則_________;若,P為的費(fèi)馬點(diǎn),則_________.
9.(2021·山東濱州·中考真題)如圖,在中,,,.若點(diǎn)P是內(nèi)一點(diǎn),則的最小值為_(kāi)___________.
10.(2021·遼寧丹東·中考真題)已知:到三角形3個(gè)頂點(diǎn)距離之和最小的點(diǎn)稱為該三角形的費(fèi)馬點(diǎn).如果是銳角(或直角)三角形,則其費(fèi)馬點(diǎn)P是三角形內(nèi)一點(diǎn),且滿足.(例如:等邊三角形的費(fèi)馬點(diǎn)是其三條高的交點(diǎn)).若,P為的費(fèi)馬點(diǎn),則_________;若,P為的費(fèi)馬點(diǎn),則_________.
11.(2023·江蘇·九年級(jí)階段練習(xí))探究題
(1)知識(shí)儲(chǔ)備:①如圖1,已知點(diǎn)P為等邊△ABC外接圓的弧BC上任意一點(diǎn).求證:PB+PC=PA.
②定義:在△ABC所在平面上存在一點(diǎn)P,使它到三角形三頂點(diǎn)的距離之和最小,則稱點(diǎn)P為△ABC的費(fèi)馬點(diǎn),此時(shí)PA+PB+PC的值為△ABC的費(fèi)馬距離.
(2)知識(shí)遷移:我們有如下探尋△ABC(其中∠A,∠B,∠C均小于120°)的費(fèi)馬點(diǎn)和費(fèi)馬距離的方法:如圖2,在△ABC的外部以BC為邊長(zhǎng)作等邊△BCD及其外接圓,根據(jù)(1)的結(jié)論,易知線段____的長(zhǎng)度即為△ABC的費(fèi)馬距離.
(3)知識(shí)應(yīng)用:①如圖3所示的△ABC(其中均小于),,現(xiàn)取一點(diǎn)P,使點(diǎn)P到三點(diǎn)的距離之和最小,求最小值;
②如圖4,若三個(gè)村莊構(gòu)成Rt△ABC,其中.現(xiàn)選取一點(diǎn)P打水井,使P點(diǎn)到三個(gè)村莊鋪設(shè)的輸水管總長(zhǎng)度最小,畫(huà)出點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的位置,輸水管總長(zhǎng)度的最小值為_(kāi)_______.(直接寫(xiě)結(jié)果)
12.(2020·重慶中考真題)如圖,在中,,,點(diǎn)D是BC邊上一動(dòng)點(diǎn),連接AD,把AD繞點(diǎn)A逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,得到AE,連接CE,DE.點(diǎn)F是DE的中點(diǎn),連接CF.
(1)求證:;(2)如圖2所示,在點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,當(dāng)時(shí),分別延長(zhǎng)CF,BA,相交于點(diǎn)G,猜想AG與BC存在的數(shù)量關(guān)系,并證明你猜想的結(jié)論;
(3)在點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,在線段AD上存在一點(diǎn)P,使的值最小.當(dāng)?shù)闹等〉米钚≈禃r(shí),AP的長(zhǎng)為m,請(qǐng)直接用含m的式子表示CE的長(zhǎng).
13.(2023·河北·九年級(jí)專題練習(xí))如圖,在平面直角坐標(biāo)系xy中,點(diǎn)B的坐標(biāo)為(0,2),點(diǎn)在軸的正半軸上,,OE為△BOD的中線,過(guò)B、兩點(diǎn)的拋物線與軸相交于、兩點(diǎn)(在的左側(cè)).(1)求拋物線的解析式;(2)等邊△的頂點(diǎn)M、N在線段AE上,求AE及的長(zhǎng);(3)點(diǎn)為△內(nèi)的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),設(shè),請(qǐng)直接寫(xiě)出的最小值,以及取得最小值時(shí),線段的長(zhǎng).
14.(2023·浙江·九年級(jí)專題練習(xí))如圖,△ABC中,∠BAC=45°,AB=6,AC=4,P為平面內(nèi)一點(diǎn),求最小值
15.(2023·福建三明·八年級(jí)期中)【問(wèn)題背景】17世紀(jì)有著“業(yè)余數(shù)學(xué)家之王”美譽(yù)的法國(guó)律師皮耶·德·費(fèi)馬,提出一個(gè)問(wèn)題:求作三角形內(nèi)的一個(gè)點(diǎn),使它到三角形三個(gè)頂點(diǎn)的距離之和最小后來(lái)這點(diǎn)被稱之為“費(fèi)馬點(diǎn)”.
如圖,點(diǎn)是內(nèi)的一點(diǎn),將繞點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°到,則可以構(gòu)造出等邊,得,,所以的值轉(zhuǎn)化為的值,當(dāng),,,四點(diǎn)共線時(shí),線段的長(zhǎng)為所求的最小值,即點(diǎn)為的“費(fèi)馬點(diǎn)”.
(1)【拓展應(yīng)用】如圖1,點(diǎn)是等邊內(nèi)的一點(diǎn),連接,,,將繞點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到.①若,則點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離是___;②當(dāng),,時(shí),求的大?。?2)如圖2,點(diǎn)是內(nèi)的一點(diǎn),且,,,求的最小值.
16.(2023·江蘇·蘇州八年級(jí)期中)背景資料:在已知所在平面上求一點(diǎn)P,使它到三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的距離之和最小.這個(gè)問(wèn)題是法國(guó)數(shù)學(xué)家費(fèi)馬1640年前后向意大利物理學(xué)家托里拆利提出的,所求的點(diǎn)被人們稱為“費(fèi)馬點(diǎn)”.如圖1,當(dāng)三個(gè)內(nèi)角均小于120°時(shí),費(fèi)馬點(diǎn)P在內(nèi)部,當(dāng)時(shí),則取得最小值.
(1)如圖2,等邊內(nèi)有一點(diǎn)P,若點(diǎn)P到頂點(diǎn)A、B、C的距離分別為3,4,5,求的度數(shù),為了解決本題,我們可以將繞頂點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)到處,此時(shí)這樣就可以利用旋轉(zhuǎn)變換,將三條線段、、轉(zhuǎn)化到一個(gè)三角形中,從而求出_______;
知識(shí)生成:怎樣找三個(gè)內(nèi)角均小于120°的三角形的費(fèi)馬點(diǎn)呢?為此我們只要以三角形一邊在外側(cè)作等邊三角形并連接等邊三角形的頂點(diǎn)與的另一頂點(diǎn),則連線通過(guò)三角形內(nèi)部的費(fèi)馬點(diǎn).請(qǐng)同學(xué)們探索以下問(wèn)題.(2)如圖3,三個(gè)內(nèi)角均小于120°,在外側(cè)作等邊三角形,連接,求證:過(guò)的費(fèi)馬點(diǎn).(3)如圖4,在中,,,,點(diǎn)P為的費(fèi)馬點(diǎn),連接、、,求的值.(4)如圖5,在正方形中,點(diǎn)E為內(nèi)部任意一點(diǎn),連接、、,且邊長(zhǎng);求的最小值.

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