
【模型證明】
【題型演練】
一、單選題
1.如圖,正方形ABCD的邊長是4,點E是DC上一個點,且DE=1,P點在AC上移動,則PE+PD的最小值是( )
A.4B.4.5C.5.5D.5
2.如圖,正方形ABCD的邊長為4,點M在DC上,且DM=1,N是AC上一動點,則DN+MN的最小值為( )
A.4B.C.D.5
3.如圖,矩形中,,點是矩形內(nèi)一動點,且,則的最小值是( )
A.B.
C.D.
4.如圖,等邊△ABC的邊長為6,AD是BC邊上的中線,M是AD上的動點,E是邊AC上一點,若AE=2,則EM+CM的最小值為( )
A.B.3C.2D.4
5.已知線段AB及直線l,在直線上確定一點,使最小,則下圖中哪一種作圖方法滿足條件( ).
A.B.
C.D.
6.如圖,點M是菱形ABCD的邊BC的中點,P為對角線BD上的動點,若AB=2,∠A=120°,則PM+PC的最小值為( )
A.2B.C.D.1
7.如圖,在△ABC中,AB=2,∠ABC=60°,∠ACB=45°,D是BC的中點,直線l經(jīng)過點D,AE⊥l,BF⊥l,垂足分別為E,F(xiàn),則AE+BF的最大值為( )
A.B.2C.2D.3
8.如圖,凸四邊形中,,若點M、N分別為邊上的動點,則的周長最小值為( )
A.B.C.6D.3
二、填空題
9.在現(xiàn)實生活中,我們經(jīng)常會看到許多“標(biāo)準(zhǔn)”的矩形,如我們的課本封面、A4的打印紙等,其實這些矩形的長與寬之比都為,我們不妨就把這樣的矩形稱為“標(biāo)準(zhǔn)矩形”,在“標(biāo)準(zhǔn)矩形”中,如圖所示,點在上,且,若為邊上一動點,當(dāng)?shù)闹荛L最小時,則的值為______.
10.如圖,點是內(nèi)任意一點,,點和點分別是射線和射線上的動點,,則周長的最小值是______.
11.如圖,等邊的邊長為4,點是邊的中點,點是的中線上的動點,則的最小值是_____.
12.如圖,正方形ABCD的邊長為8,點M在DC上且DM=2,N是AC上的一動點,則DN+MN的最小值是______.
13.如圖所示,在中,,直線EF是AB的垂直平分線,D是BC的中點,M是EF上一個動點,的面積為12,,則周長的最小值是_______________.
14.如圖,在四邊形ABCD中,∠BCD=50°,∠B=∠D=90°,在BC、CD上分別取一點M、N,使△AMN的周長最小,則∠MAN=_____°.
15.如圖,在矩形ABCD中,AB=15,BC=20,把邊AB沿對角線BD平移,點A′,B′分別對應(yīng)點A,B給出下列結(jié)論:
①順次連接點A′,B′,C,D的圖形是平行四邊形;
②點C到它關(guān)于直線AA′的對稱點的距離為50;
③A′C﹣B′C的最大值為15;
④A′C+B′C的最小值為9.
其中正確結(jié)論的序號是______________
16.如圖,O為矩形ABCD對角線AC,BD的交點,AB=8,M,N是直線BC上的動點,且MN=2,則OM+ON的最小值是____________.
17.如圖,菱形ABCD 的邊長為6,∠ABC=120°,M是BC邊的一個三等分點,P是對角線AC上的動點,當(dāng) PB+PM 的值最小時,PM的長是________.
三、解答題
18.如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,∠ABC=30°,AC=2,以BC為邊向左作等邊△BCE,點D為AB中點,連接CD,點P、Q分別為CE、CD上的動點.
(1)求證:△ADC為等邊三角形;
(2)求PD+PQ+QE的最小值.
19.如圖,在平面直角坐標(biāo)系中,直線AB分別與x軸的負(fù)半軸、y軸的正半軸交于A、B兩點,其中OA=2,S△ABC=12,點C在x軸的正半軸上,且OC=OB.
(1)求直線AB的解析式;
(2)將直線AB向下平移6個單位長度得到直線l1,直線l1與y軸交于點E,與直線CB交于點D,過點E作y軸的垂線l2,若點P為y軸上一個動點,Q為直線l2上一個動點,求PD+PQ+DQ的最小值;
(3)若點M為直線AB上的一點,在y軸上是否存在點N,使以點A、D、M、N為頂點的四邊形為平行四邊形,若存在,請直接寫出點N的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.
20.如果有一條直線經(jīng)過三角形的某個頂點,將三角形分成兩個三角形,其中一個三角形與原三角形相似,則稱該直線為三角形的“自相似分割線”.如圖1,在△ABC中,AB=AC=1,∠BAC=108°,DE垂直平分AB,且交BC于點D,連接AD.
(1)證明直線AD是△ABC的自相似分割線;
(2)如圖2,點P為直線DE上一點,當(dāng)點P運動到什么位置時,PA+PC的值最小?求此時PA+PC的長度.
(3)如圖3,射線CF平分∠ACB,點Q為射線CF上一點,當(dāng)取最小值時,求∠QAC的正弦值.
21.在長方形ABCD中,AB=4,BC=8,點P、Q為BC邊上的兩個動點(點P位于點Q的左側(cè),P、Q均不與頂點重合),PQ=2
(1)如圖①,若點E為CD邊上的中點,當(dāng)Q移動到BC邊上的中點時,求證:AP=QE;
(2)如圖②,若點E為CD邊上的中點,在PQ的移動過程中,若四邊形APQE的周長最小時,求BP的長;
(3)如圖③,若M、N分別為AD邊和CD邊上的兩個動點(M、N均不與頂點重合),當(dāng)BP=3,且四邊形PQNM的周長最小時,求此時四邊形PQNM的面積.
22.在中,,D為BC延長線上一點,點E為線段AC,CD的垂直平分線的交點,連接EA,EC,ED.
(1)如圖1,當(dāng)時,則_______°;
(2)當(dāng)時,
①如圖2,連接AD,判斷的形狀,并證明;
②如圖3,直線CF與ED交于點F,滿足.P為直線CF上一動點.當(dāng)?shù)闹底畲髸r,用等式表示PE,PD與AB之間的數(shù)量關(guān)系為_______,并證明.
23.已知如圖,在中,點是邊上一點,連接,點是上一動點,連接.
(1)如圖1,當(dāng)時,連接,延長交于點,求證:;
(2)如圖2,以為直角邊作等腰,連接,若,當(dāng)點在運動過程中,求周長的最小值.
特點
傳說亞歷山大城有一位精通數(shù)學(xué)和物理的學(xué)者,名叫海倫。一天,一位羅馬將軍專程去拜訪他,向他請教一個百思不得其解的問題。將軍每天從軍營A出發(fā),先到河邊飲(yìn)馬,然后再去河岸同側(cè)的B地開會,應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?從此,這個被稱為"將軍飲馬"的問題廣泛流傳。
實際問題:應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?
作圖問題:在直線l上求作一點C,
使AC+BC最短問題.
結(jié)論
AC+BC最短
解決方案
(1)現(xiàn)在假設(shè)點A,B分別是直線l異側(cè)的兩個點,如何在l上找到一個點,使得這個點到點A,點B的距離的和最短?
連接AB,與直線l相交于一點C.
AC+BC最短(兩點之間線段最短)
(2)現(xiàn)在假設(shè)點A,B分別是直線l同側(cè)的兩個點,如何在l上找到一個點,使得這個點到點A,點B的距離的和最短?
作法:
(1)作點B 關(guān)于直線l 的對稱點B′;
(2)連接AB′,與直線l 相交于點C.
則點C 即為所求.
所作的AC +BC最短嗎?請說明理由?
【證明】
如圖,在直線l 上任取一點C′(與點C 不重合),
連接AC′,BC′,B′C′.由軸對稱的性質(zhì)知,
BC =B′C,BC′=B′C′.
∴AC +BC= AC +B′C = AB′,
AC′+BC′= AC′+B′C′.
在△AB′C′中,
AB′<AC′+B′C′,
∴AC +BC<AC′+BC′.
即AC +BC 最短.
專題17 最值問題中的將軍飲馬模型
【模型展示】
【模型證明】
【題型演練】
一、單選題
1.如圖,正方形ABCD的邊長是4,點E是DC上一個點,且DE=1,P點在AC上移動,則PE+PD的最小值是( )
A.4B.4.5C.5.5D.5
【答案】D
【分析】連接BE,交AC于點N',連接DN',N'即為所求的點,則BE的長即為DP+PE的最小值,利用勾股定理求出BE的長即可.
【詳解】解:如圖,
∵四邊形ABCD是正方形,
∴點B與點D關(guān)于直線AC對稱,
連接BE,交AC于點N',連接DN',
∴DN'=BN',
DN'+EN'=BN'+ EN'BD,
則BE的長即為DP+PE的最小值,
∴AC是線段BD的垂直平分線,
又∵CE=CD-DE=4-1=3,
在Rt△BCE中,
BE2=CE2+BC2=25,
∵BE>0,
∴BE=5,
即DP+PE的最小值為5,
故選:D.
【點睛】本題主要考查了正方形的性質(zhì),軸對稱-最短路線問題,兩點之間,線段最短等知識,將PE+PD的最小值轉(zhuǎn)化為BE的長是解題的關(guān)鍵.
2.如圖,正方形ABCD的邊長為4,點M在DC上,且DM=1,N是AC上一動點,則DN+MN的最小值為( )
A.4B.C.D.5
【答案】D
【分析】由正方形的對稱性可知點B與D關(guān)于直線AC對稱,連接BM交AC于N′,N′即為所求在Rt△BCM中利用勾股定理即可求出BM的長即可.
【詳解】∵四邊形ABCD是正方形,
∴點B與D關(guān)于直線AC對稱,
∴DN=BN,
連接BD,BM交AC于N′,連接DN′,
∴當(dāng)B、N、M共線時,DN+MN有最小值,則BM的長即為DN+MN的最小值,
∴AC是線段BD的垂直平分線,
又∵CD=4,DM=1
∴CM=CD-DM=4-1=3,
在Rt△BCM中,BM=
故DN+MN的最小值是5.
故選:D.
【點睛】本題考查的是軸對稱-最短路線問題及正方形的性質(zhì),先作出D關(guān)于直線AC的對稱點,由軸對稱及正方形的性質(zhì)判斷出D的對稱點是點B是解答此題的關(guān)鍵.
3.如圖,矩形中,,點是矩形內(nèi)一動點,且,則的最小值是( )
A.B.
C.D.
【答案】B
【分析】作PM⊥AD于M,作點D關(guān)于直線PM的對稱點E,連接PE,EC.設(shè)AM=x.由PM垂直平分線段DE,推出PD=PE,推出PC+PD=PC+PE≥EC,利用勾股定理求出EC的值即可.
【詳解】解:如圖,作PM⊥AD于M,作點D關(guān)于直線PM的對稱點E,連接PE,EC.設(shè)AM=x.
∵四邊形ABC都是矩形,
∴AB∥CD,AB=CD=4,BC=AD=6,
∵S△PAB=S△PCD,
∴×4×x=××4×(6-x),
∴x=2,
∴AM=2,DM=EM=4,
在Rt△ECD中,EC==4,
∵PM垂直平分線段DE,
∴PD=PE,
∴PC+PD=PC+PE≥EC,
∴PD+PC≥4,
∴PD+PC的最小值為4.
故選:B.
【點睛】本題考查了軸對稱-最短路線問題,凡是涉及最短距離的問題,一般要考慮線段的性質(zhì)定理,結(jié)合軸對稱變換來解決,多數(shù)情況要作點關(guān)于某直線的對稱點.
4.如圖,等邊△ABC的邊長為6,AD是BC邊上的中線,M是AD上的動點,E是邊AC上一點,若AE=2,則EM+CM的最小值為( )
A.B.3C.2D.4
【答案】C
【分析】連接BE,交AD于點M,過點E作EF⊥BC交于點F,此時EM+CM的值最小,求出BE即可.
【詳解】解:連接BE,交AD于點M,過點E作EF⊥BC交于點F,
∵△ABC是等邊三角形,AD是BC邊上的中線,
∴B點與C點關(guān)于AD對稱,
∴BM=CM,
∴EM+CM=EM+BM=BE,此時EM+CM的值最小,
∵AC=6,AE=2,
∴EC=4,
在Rt△EFC中,∠ECF=60°,
∴FC=2,EF=2,
在Rt△BEF中,BF=4,
∴BE=2,
故選:C.
【點睛】本題考查軸對稱求最短距離,熟練掌握軸對稱求最短距離的方法,靈活運用勾股定理是解題的關(guān)鍵.
5.已知線段AB及直線l,在直線上確定一點,使最小,則下圖中哪一種作圖方法滿足條件( ).
A.B.
C.D.
【答案】C
【分析】根據(jù)對稱的性質(zhì)以及兩點之間線段最短即可解決問題.
【詳解】解:∵點A,B在直線l的同側(cè),
∴作B點關(guān)于l的對稱點B',連接AB'與l的交點為P,由對稱性可知BP=B'P,
∴PA+PB=PB′+PA=AB′為最小
故選:C.
【點睛】本題考查軸對稱求最短距離,掌握兩點在直線同側(cè)時,在直線上找一點到兩點距離最短的方法是解題的關(guān)鍵.
6.如圖,點M是菱形ABCD的邊BC的中點,P為對角線BD上的動點,若AB=2,∠A=120°,則PM+PC的最小值為( )
A.2B.C.D.1
【答案】B
【分析】連接AM、AC,AM交BD于P,此時PM+PC最小,連接CP,由菱形的性質(zhì)可知C和A關(guān)于BD對稱,AP=CP,由條件易證△ABC是等邊三角形,根據(jù)三線合一可知AM⊥BC,再根據(jù)勾股定理可求AM的值,即可求解.
【詳解】解:連接AM、AC,AM交BD于P,
此時PM+PC最小,連接CP,
∵四邊形ABCD是菱形,
∴OA=OC,AC⊥BD,
∴C和A關(guān)于BD對稱,
∴AP=PC,
∵∠A=120°,
∴∠ABC=60°,
∴△ABC是等邊三角形,
∴AC=AB=2,
∵M(jìn)是BC的中點,
∴AM⊥BC,
∴∠BAM=30°,
∴BM=1,
∴AM=,
∴PM+PC=AM=.
故選B.
【點睛】本題考查了將軍飲馬類型的求最小值問題,涉及菱形的性質(zhì)、等邊三角形的判定與性質(zhì)、勾股定理等知識,解題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確找到P的位置.
7.如圖,在△ABC中,AB=2,∠ABC=60°,∠ACB=45°,D是BC的中點,直線l經(jīng)過點D,AE⊥l,BF⊥l,垂足分別為E,F(xiàn),則AE+BF的最大值為( )
A.B.2C.2D.3
【答案】A
【分析】把要求的最大值的兩條線段經(jīng)過平移后形成一條線段,然后再根據(jù)垂線段最短來進(jìn)行計算即可.
【詳解】解:如圖,過點C作CK⊥l于點K,過點A作AH⊥BC于點H,
在Rt△AHB中,
∵∠ABC=60°,AB=2,
∴BH=1,AH=,
在Rt△AHC中,∠ACB=45°,
∴AC=,
∵點D為BC中點,
∴BD=CD,
在△BFD與△CKD中,
,
∴△BFD≌△CKD(AAS),
∴BF=CK,
延長AE,過點C作CN⊥AE于點N,
可得AE+BF=AE+CK=AE+EN=AN,
在Rt△ACN中,AN<AC,
當(dāng)直線l⊥AC時,最大值為,
綜上所述,AE+BF的最大值為.
故選:A.
【點睛】本題主要考查了全等三角形的判定定理和性質(zhì)定理及平移的性質(zhì),構(gòu)建全等三角形是解答此題的關(guān)鍵.
8.如圖,凸四邊形中,,若點M、N分別為邊上的動點,則的周長最小值為( )
A.B.C.6D.3
【答案】C
【分析】由軸對稱知識作出對稱點,連接兩對稱點,由兩點之間線段最短證明最短,多次用勾股定理求出相關(guān)線段的長度,平角的定義及角的和差求出角度的大小,最后計算出的周長最小值為6.
【詳解】解:作點關(guān)于、的對稱點分別為點和點,
連接交和于點和點,,連接、;
再和上分別取一動點和(不同于點和,
連接,,和,如圖1所示:
,
,,
,
又,
,,
,
時周長最??;
連接,過點作于的延長線于點,
如圖示2所示:
在中,,,
,
,
,,
又,
,
,,
,
,
又,
,
,,
在△中,由勾股定理得:
.
,
故選:C.
【點睛】本題綜合考查了軸對稱最短路線問題,勾股定理,平角的定義和兩點之間線段最短等相關(guān)知識點,解題的關(guān)鍵是掌握軸對稱最短路線問題,難點是構(gòu)建直角三角形求兩點之間的長度.
二、填空題
9.在現(xiàn)實生活中,我們經(jīng)常會看到許多“標(biāo)準(zhǔn)”的矩形,如我們的課本封面、A4的打印紙等,其實這些矩形的長與寬之比都為,我們不妨就把這樣的矩形稱為“標(biāo)準(zhǔn)矩形”,在“標(biāo)準(zhǔn)矩形”中,如圖所示,點在上,且,若為邊上一動點,當(dāng)?shù)闹荛L最小時,則的值為______.
【答案】
【分析】先設(shè)出矩形的邊長,將AQ和CQ表示出來,再通過作對稱點確定△AGQ的周長最小時的G點位置后,利用平行線分線段成比例的基本事實的推論建立等式求解即可.
【詳解】解:設(shè)DC=,DQ=AD=x,
∴
∵矩形ABCD,
∴∠D=∠DCB=∠B=90°,,
∴,
如圖,作Q點關(guān)于BC的對稱點E,連接AE交BC于點M,
∴GQ=GE,CQ=CE=
∴AQ+QG+AG=,
∴當(dāng)A、G、E三點共線時,△AGQ的周長最小,
此時G點應(yīng)位于圖中的M點處;
∵矩形ABCD中,∠QCG=90°,
∴E點位于QC的延長線上,
∴CE∥AB,
∴,
即,
故答案為:.
【點睛】本題考查了矩形的性質(zhì)、勾股定理、最短路徑、平行線分線段成比例的基本事實的推論等內(nèi)容,解題關(guān)鍵是能正確找到滿足題意的G點位置,同時要牢記平行線分線段成比例的推論,即平行于三角形的一邊的直線截其他兩邊(或兩邊的延長線),所得的對應(yīng)線段成比例.
10.如圖,點是內(nèi)任意一點,,點和點分別是射線和射線上的動點,,則周長的最小值是______.
【答案】3
【分析】根據(jù)“將軍飲馬”模型將最短路徑問題轉(zhuǎn)化為所學(xué)知識“兩點之間線段最短”可找到周長的最小的位置,作出圖示,充分利用對稱性以及,對線段長度進(jìn)行等量轉(zhuǎn)化即可.
【詳解】
解:如圖所示,過點P分別作P點關(guān)于OB、OA邊的對稱點、,連接、、、、,其中分別交OB、OA于點N、M,根據(jù)“兩點之間線段最短”可知,此時點M、N的位置是使得周長的最小的位置.
由對稱性可知:,
,
為等邊三角形
的周長===3
故答案為:3
【點睛】本題是典型的的最短路徑問題,考查了最短路徑中的“將軍飲馬”模型,能夠熟練利用其原理“兩點之間線段最短”作出最短路徑示意圖是解決本題的關(guān)鍵.
11.如圖,等邊的邊長為4,點是邊的中點,點是的中線上的動點,則的最小值是_____.
【答案】
【分析】當(dāng)連接BE,交AD于點P時,EP+CP=EP+PB=EB取得最小值.
【詳解】解:連接BE
∵△ABC是等邊三角形,AD是BC邊上的中線,
∴AD⊥BC,
∴AD是BC的垂直平分線,
∴點C關(guān)于AD的對應(yīng)點為點B,
∴BE就是EP+CP的最小值.
∵△ABC是等邊三角形,E是AC邊的中點,
∴BE是△ABC的中線,
∴CE=AC=2,
∴
即EP+CP的最小值為,
故答案為:.
【點睛】本題主要考查了軸對稱-最短路線問題以及等邊三角形的性質(zhì),勾股定理,熟練掌握等邊三角形和軸對稱的性質(zhì)是解題的關(guān)鍵.
12.如圖,正方形ABCD的邊長為8,點M在DC上且DM=2,N是AC上的一動點,則DN+MN的最小值是______.
【答案】10
【分析】要求DN+MN的最小值,DN,MN不能直接求,可考慮通過作輔助線轉(zhuǎn)化DN,MN的值,從而找出其最小值求解.
【詳解】解:∵正方形是軸對稱圖形,點B與點D是關(guān)于直線AC為對稱軸的對稱點,
∴連接BN,BD,
∴BN=ND,
∴DN+MN=BN+MN,
連接BM交AC于點P,
∵點 N為AC上的動點,
由三角形兩邊和大于第三邊,
知當(dāng)點N運動到點P時,BN+MN=BP+PM=BM,
BN+MN的最小值為BM的長度,
∵四邊形ABCD為正方形,
∴BC=CD=8,CM=8﹣2=6,∠BCM=90°,
∴BM==10,
∴DN+MN的最小值是10.
故答案為:10.
【點睛】本題主要考查正方形的性質(zhì)和軸對稱及勾股定理等知識的綜合應(yīng)用.
13.如圖所示,在中,,直線EF是AB的垂直平分線,D是BC的中點,M是EF上一個動點,的面積為12,,則周長的最小值是_______________.
【答案】8
【分析】連接AD,AM,由EF是線段AB的垂直平分線,得到AM=BM,則△BDM的周長=BD+BM+DM=AM+DM+BD,要想△BDM的周長最小,即要使AM+DM的值最小,故當(dāng)A、M、D三點共線時,AM+DM最小,即為AD,由此再根據(jù)三線合一定理求解即可.
【詳解】解:如圖所示,連接AD,AM,
∵EF是線段AB的垂直平分線,
∴AM=BM,
∴△BDM的周長=BD+BM+DM=AM+DM+BD,
∴要想△BDM的周長最小,即要使AM+DM的值最小,
∴當(dāng)A、M、D三點共線時,AM+DM最小,即為AD,
∵AB=AC,D為BC的中點,
∴AD⊥BC,,
∴,
∴AD=6,
∴△BDM的周長最小值=AD+BD=8,
故答案為:8.
【點睛】本題主要考查了線段垂直平分線的性質(zhì),三線合一定理,解題的關(guān)鍵在于能夠根據(jù)題意得到當(dāng)A、M、D三點共線時,AM+DM最小,即為AD.
14.如圖,在四邊形ABCD中,∠BCD=50°,∠B=∠D=90°,在BC、CD上分別取一點M、N,使△AMN的周長最小,則∠MAN=_____°.
【答案】80
【分析】作點A關(guān)于BC、CD的對稱點A1、A2,根據(jù)軸對稱確定最短路線問題,連接A1、A2分別交BC、DC于點M、N,利用三角形的內(nèi)角和定理列式求出∠A1+∠A2,再根據(jù)軸對稱的性質(zhì)和角的和差關(guān)系即可得∠MAN.
【詳解】如圖,作點A關(guān)于BC、CD的對稱點A1、A2,連接A1、A2分別交BC、DC于點M、N,連接AM、AN,則此時△AMN的周長最小,
∵∠BCD=50°,∠B=∠D=90°,
∴∠BAD=360°﹣90°﹣90°﹣50°=130°,
∴∠A1+∠A2=180°﹣130°=50°,
∵點A關(guān)于BC、CD的對稱點為A1、A2,
∴NA=NA2,MA=MA1,
∴∠A2=∠NAD,∠A1=∠MAB,
∴∠NAD+∠MAB=∠A1+∠A2=50°,
∴∠MAN=∠BAD﹣(∠NAD+∠MAB)
=130°﹣50°
=80°,
故答案為:80.
【點睛】本題考查了軸對稱的最短路徑問題,利用軸對稱將三角形周長問題轉(zhuǎn)化為兩點間線段最短問題是解決本題的關(guān)鍵.
15.如圖,在矩形ABCD中,AB=15,BC=20,把邊AB沿對角線BD平移,點A′,B′分別對應(yīng)點A,B給出下列結(jié)論:
①順次連接點A′,B′,C,D的圖形是平行四邊形;
②點C到它關(guān)于直線AA′的對稱點的距離為50;
③A′C﹣B′C的最大值為15;
④A′C+B′C的最小值為9.
其中正確結(jié)論的序號是______________
【答案】③④
【分析】①根據(jù)平行四邊形的判定定理判斷即可;②作點C關(guān)于直線AA′的對稱點E,交直線AA′于點T,交直線BD于點O,則CE=4OC,利用等面積法求出OC即可;③根據(jù),當(dāng)線段AB平移至B′與D點重合,即:A′,B′,C三點共線時,即可判斷;④作D關(guān)于直線AA′的對稱點,連接交直線AA′于點J,過點作,交CD延長線于E點,連接,交直線AA′于點A′,此時滿足A′C+B′C的值最小,即為的長度,結(jié)合相似三角形的判定與性質(zhì)求解即可.
【詳解】解:①由平移的性質(zhì)可知:,,
由矩形的性質(zhì)可知:,,
∴,,
∴四邊形為平行四邊形,
當(dāng)點B'與D重合時,四邊形不存在,
故①錯誤;
②如圖1所示,作點C關(guān)于直線AA′的對稱點E,交直線AA′于點T,交直線BD于點O,則CE=4OC,
∵四邊形ABCD為矩形,
∴∠BCD=90°,CD=AB=15,
∴,
∵,
∴,
∴EC=4×12=48,故②錯誤;
③由三角形三邊關(guān)系可知:,
如圖2所示,當(dāng)線段AB平移至B′與D點重合,即:A′,B′,C三點共線時,,
∴最大值為15,故③正確;
④如圖2所示,由①可知,,
∴,
作D關(guān)于直線AA′的對稱點,連接交直線AA′于點J,
過點作,交CD延長線于E點,連接,交直線AA′于點A′,
此時滿足A′C+B′C的值最小,即為的長度,
由對稱的性質(zhì)可知:∠AJD=90°,
由平行的性質(zhì)可知:∠BDJ=180°-∠AJD=90°,
即:∠ADJ+∠ADB=90°,
∵∠ABD+∠ADB=90°,
∴∠ABD=∠ADJ,
∴△ABD∽△JDA,
∴,
即:,
∴DJ=12,
∴,
又∵,
∴,
∴,
∵∠E=∠BAD=90°,
∴,
∴,
即:,
∴,,
∴,
由勾股定理:,故④正確,
故答案為:③④.
【點睛】本題考查矩形的性質(zhì),平移的性質(zhì),平行四邊形的判定與性質(zhì),相似三角形的判定與性質(zhì)等,理解并掌握平行四邊形和特殊平行四邊形的判定與性質(zhì),熟練運用相似三角形的判定與性質(zhì)是解題關(guān)鍵.
16.如圖,O為矩形ABCD對角線AC,BD的交點,AB=8,M,N是直線BC上的動點,且MN=2,則OM+ON的最小值是____________.
【答案】
【分析】根據(jù)題意,過O作OH∥BC,且令OH=2,連接NH,作O點關(guān)于BC的對稱點K,連接OK,KH,則OM+ON= NH+ON= NH+ NK≥HK,當(dāng)H、N、K三點共線的時候,OM+ON有最小值,最小值為HK的長.根據(jù)矩形性質(zhì)及圖形的對稱性,易知,在中,運用勾股定理求得HK的長即可.
【詳解】解:過O作OH∥BC,且令OH=2,連接NH,作O點關(guān)于BC的對稱點K,連接OK,KH,
∵OH∥BC,OH=MN=2,
∴四邊形OMNH是平行四邊形,
∴OM=NH,
∴OM+ON= NH+ON.
∵O點關(guān)于BC的對稱點是點K,
∴ON=NK,
∴OM+ON= NH+ON= NH+ NK,
∵,
∴當(dāng)H、N、K三點共線的時候,OM+ON有最小值,最小值為HK的長.
∵OH∥BC,O點關(guān)于BC的對稱點是點K,
∴.
∵O為矩形ABCD對角線AC,BD的交點,O點關(guān)于BC的對稱點是點K,
∴OK=AB=8.
∵OH= 2,,
∴,
∴OM+ON的最小值是.
【點睛】本題考查了最短路徑問題,矩形性質(zhì),勾股定理求直角三角形的邊長,其中熟練畫出OM+ON取最小值時所對應(yīng)的線段,是解題的關(guān)鍵.
17.如圖,菱形ABCD 的邊長為6,∠ABC=120°,M是BC邊的一個三等分點,P是對角線AC上的動點,當(dāng) PB+PM 的值最小時,PM的長是________.
【答案】
【分析】如圖,連接DP,BD,作DH⊥BC于H.當(dāng)D、P、M共線時, 值最小,利用勾股定理求出DM,再利用平行線的性質(zhì)即可解決問題.
【詳解】解:如圖,連接DP,BD,作DH⊥BC于H.
∵四邊形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD,B、D關(guān)于AC對稱,
∴PB+PM=PD+PM
當(dāng)D、P、M共線時,的值最小,
∵CM=BC=2
∵∠ABC=120°,
∴∠DBC=∠ABD=60°
∴△DBC是等邊三角形,
∵BC=6,
∴CM=2,HM=1,DH= ,
在Rt△DMH中,
∵CM∥AD
∴
∴
故答案為:.
【點睛】本題考查軸對稱一最短問題、菱形的性質(zhì)、等邊三角形的判定和性質(zhì)、勾股定理、平行線線段成比例定理等知識,解題的關(guān)鍵是靈活用所學(xué)知識解決問題,屬于中考??碱}型.
三、解答題
18.如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,∠ABC=30°,AC=2,以BC為邊向左作等邊△BCE,點D為AB中點,連接CD,點P、Q分別為CE、CD上的動點.
(1)求證:△ADC為等邊三角形;
(2)求PD+PQ+QE的最小值.
【答案】(1)證明見解析;(2)4.
【分析】(1)先根據(jù)直角三角形的性質(zhì)可得,再根據(jù)等邊三角形的判定即可得證;
(2)連接,先根據(jù)等邊三角形的性質(zhì)可得,再根據(jù)等腰三角形的三線合一可得垂直平分,然后根據(jù)線段垂直平分線的性質(zhì)可得,同樣的方法可得,從而可得,最后根據(jù)兩點之間線段最短即可得出答案.
【詳解】證明:(1)在中,,
,
點是斜邊的中點,
,
是等邊三角形;
(2)如圖,連接,
和都是等邊三角形,
,,
,
垂直平分,
,
同理可得:垂直平分,
,
,
由兩點之間線段最短可知,當(dāng)點共線時,取得最小值,
故的最小值為4.
【點睛】本題考查了等邊三角形的判定與性質(zhì)、含角的直角三角形的性質(zhì)等知識點,熟練掌握等邊三角形的性質(zhì)是解題關(guān)鍵.
19.如圖,在平面直角坐標(biāo)系中,直線AB分別與x軸的負(fù)半軸、y軸的正半軸交于A、B兩點,其中OA=2,S△ABC=12,點C在x軸的正半軸上,且OC=OB.
(1)求直線AB的解析式;
(2)將直線AB向下平移6個單位長度得到直線l1,直線l1與y軸交于點E,與直線CB交于點D,過點E作y軸的垂線l2,若點P為y軸上一個動點,Q為直線l2上一個動點,求PD+PQ+DQ的最小值;
(3)若點M為直線AB上的一點,在y軸上是否存在點N,使以點A、D、M、N為頂點的四邊形為平行四邊形,若存在,請直接寫出點N的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.
【答案】(1)y=2x+4
(2)
(3)存在以點A、D、M、N為頂點的四邊形為平行四邊形,N的坐標(biāo)為(0,﹣2)或(0,10)
【分析】(1)設(shè)OB=OC=m,由S△ABC=12,可得B(0,4),設(shè)直線AB解析式為y=kx+b,利用待定系數(shù)法即可求解;
(2)將直線AB向下平移6個單位,則直線l1解析式為y=2x?2,可得E(0,?2),垂線l2的解析式為y=?2,由B(0,4),C(4,0),得直線BC解析式為y=?x+4,從而可求得D(2,2),作D關(guān)于y軸的對稱點D,作D關(guān)于直線y=?2對稱點D,連接DD交y軸于P,交直線y=?2于Q,此時PD+PQ+DQ的最小,根據(jù)D(?2,2),D(2,?6),得直線DD解析式為y=?2x?2,從而P(0,?2),Q(0,?2),故此時PD=2,PQ=0,DQ=,PD+PQ+DQ的最小值為4.
(3)設(shè)P(p,2p+4),N(0,q),而A(?2,0),D(2,2),①以AD、MN為對角線,此時AD中點即為MN中點,根據(jù)中點公式得N(0,?2);②以AM、DN為對角線,同理可得N(0,10);③以AN、DM為對角線,同理可得N(0,?2).
(1)
解:(1)設(shè)OB=OC=m,
∵OA=2,
∴AC=m+2,A(﹣2,0),
∵S△ABC=12,
∴AC?OB=12,即m?(m+2)=12,
解得m=4或m=﹣6(舍去),
∴OB=OC=4,
∴B(0,4),
設(shè)直線AB解析式為y=kx+b,
∴,
解得,
∴直線AB解析式為y=2x+4;
(2)
將直線ABy=2x+4向下平移6個單位,則直線l1解析式為y=2x﹣2,
令x=0得y=﹣2,
∴E(0,﹣2),垂線l2的解析式為y=﹣2,
∵B(0,4),C(4,0),
設(shè)直線BC解析式為y=px+q,
∴,
解得,
∴直線BC解析式為y=﹣x+4,
由得:,
∴D(2,2),
作D關(guān)于y軸的對稱點D',作D關(guān)于直線y=﹣2對稱點D'',連接D'D''交y軸于P,交直線y=﹣2于Q,此時PD+PQ+DQ的最小,如圖:
∴D'(﹣2,2),D''(2,﹣6),
設(shè)直線D'D''解析式為y=sx+t,
則,解得,
∴直線D'D'解析式為y=﹣2x﹣2,
令x=0得y=﹣2,即P(0,﹣2),
令y=﹣2得x=0,即Q(0,﹣2),
∴此時PD=2,PQ=0,DQ=2,
∴PD+PQ+DQ的最小值為4.
(3)
存在,理由如下:
設(shè)P(p,2p+4),N(0,q),而A(﹣2,0),D(2,2),
①以AD、MN為對角線,如圖:
此時AD中點即為MN中點,
∴,解得,
∴N(0,﹣2);
②以AM、DN為對角線,如圖:
同理可得:,解得,
∴N(0,10);
③以AN、DM為對角線,如圖:
同理可得,解得,
∴N(0,﹣2),
綜上所述,以點A、D、M、N為頂點的四邊形為平行四邊形,N的坐標(biāo)為(0,﹣2)或(0,10).
【點睛】本題考查一次函數(shù)及應(yīng)用,涉及待定系數(shù)法、一次函數(shù)圖象上點坐標(biāo)特征、線段和的最小值、平行四邊形等知識,解題的關(guān)鍵是應(yīng)用平行四邊形對角線互相平分,列方程組解決問題.
20.如果有一條直線經(jīng)過三角形的某個頂點,將三角形分成兩個三角形,其中一個三角形與原三角形相似,則稱該直線為三角形的“自相似分割線”.如圖1,在△ABC中,AB=AC=1,∠BAC=108°,DE垂直平分AB,且交BC于點D,連接AD.
(1)證明直線AD是△ABC的自相似分割線;
(2)如圖2,點P為直線DE上一點,當(dāng)點P運動到什么位置時,PA+PC的值最?。壳蟠藭rPA+PC的長度.
(3)如圖3,射線CF平分∠ACB,點Q為射線CF上一點,當(dāng)取最小值時,求∠QAC的正弦值.
【答案】(1)直線AD是△ABC的自相似分割線;
(2)當(dāng)點運動到點時,PA+PC的值最小,此時;
(3)∠QAC的正弦值為
【分析】(1)根據(jù)定義證明△DBA∽△ABC即可得證;
(2)根據(jù)垂直平分線的性質(zhì)可得,當(dāng)點與重合時,,此時最小,設(shè),則
根據(jù),列出方程,解方程求解即可求得,進(jìn)而即可求得的長,即最小值;
(3)過點作于點,過點作于點,連接,設(shè)與交于點,根據(jù)已知條件求得,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為,則當(dāng)點落在上時,點與點重合,此時的值最小,最小值為,進(jìn)而根據(jù)求解即可.
(1)
∵△ABC中,AB=AC=1,∠BAC = 108°
∴∠B =∠C =(180°-∠BAC)= 36°
∵DE垂直平分AB
∴AD = BD
∴∠B =∠BAD = 36°
∴∠C =∠BAD
又∵∠B =∠B
∴△DBA∽△ABC
∴直線AD是△ABC的自相似分割線.
(2)
如圖,連接,,
垂直平分AB,
當(dāng)點與重合時,,此時最小,
,
設(shè),則
解得:
PA+PC=
當(dāng)點運動到點時,PA+PC的值最小,此時;
(3)
如圖,過點作于點,過點作于點,連接,設(shè)與交于點,
,
由(2)知,
平分
點落在上時,點與點重合,
即此時的值最小,最小值為
∠QAC的正弦值為
【點睛】本題考查了相似三角形的性質(zhì)與判定,求角的正弦,垂直平分線的性質(zhì),兩點之間線段最短,垂線段最短,胡不歸問題,轉(zhuǎn)化線段是解題的關(guān)鍵.
21.在長方形ABCD中,AB=4,BC=8,點P、Q為BC邊上的兩個動點(點P位于點Q的左側(cè),P、Q均不與頂點重合),PQ=2
(1)如圖①,若點E為CD邊上的中點,當(dāng)Q移動到BC邊上的中點時,求證:AP=QE;
(2)如圖②,若點E為CD邊上的中點,在PQ的移動過程中,若四邊形APQE的周長最小時,求BP的長;
(3)如圖③,若M、N分別為AD邊和CD邊上的兩個動點(M、N均不與頂點重合),當(dāng)BP=3,且四邊形PQNM的周長最小時,求此時四邊形PQNM的面積.
【答案】(1)見解析
(2)4
(3)4
【分析】(1)由“SAS”可證△ABP≌△QCE,可得AP=QE;
(2)要使四邊形APQE的周長最小,由于AE與PQ都是定值,只需AP+EQ的值最小即可.為此,先在BC邊上確定點P、Q的位置,可在AD上截取線段AF=DE=2,作F點關(guān)于BC的對稱點G,連接EG與BC交于一點即為Q點,過A點作FQ的平行線交BC于一點,即為P點,則此時AP+EQ=EG最小,然后過G點作BC的平行線交DC的延長線于H點,那么先證明∠GEH=45°,再由CQ=EC即可求出BP的長度;
(3)要使四邊形PQNM的周長最小,由于PQ是定值,只需PM+MN+QN的值最小即可,作點P關(guān)于AD的對稱點F,作點Q關(guān)于CD的對稱點H,連接FH,交AD于M,交CD于N,連接PM,QN,此時四邊形PQNM的周長最小,由面積和差關(guān)系可求解.
(1)
解:證明:∵四邊形ABCD是矩形,
∴CD=AB=4,BC=AD=8,
∵點E是CD的中點,點Q是BC的中點,
∴BQ=CQ=4,CE=2,
∴AB=CQ,
∵PQ=2,
∴BP=2,
∴BP=CE,
又∵∠B=∠C=90°,
∴△ABP≌△QCE(SAS),
∴AP=QE;
(2)
如圖②,在AD上截取線段AF=PQ=2,作F點關(guān)于BC的對稱點G,連接EG與BC交于一點即為Q點,過A點作FQ的平行線交BC于一點,即為P點,過G點作BC的平行線交DC的延長線于H點.
∵GH=DF=6,EH=2+4=6,∠H=90°,
∴∠GEH=45°,
∴∠CEQ=45°,
設(shè)BP=x,則CQ=BC-BP-PQ=8-x-2=6-x,
在△CQE中,∵∠QCE=90°,∠CEQ=45°,
∴CQ=EC,
∴6-x=2,
解得x=4,
∴BP=4;
(3)
如圖③,作點P關(guān)于AD的對稱點F,作點Q關(guān)于CD的對稱點H,連接FH,交AD于M,交CD于N,連接PM,QN,此時四邊形PQNM的周長最小,連接FP交AD于T,
∴PT=FT=4,QC=BC-BP-PQ=8-3-2=3=CH,
∴PF=8,PH=8,
∴PF=PH,
又∵∠FPH=90°,
∴∠F=∠H=45°,
∵PF⊥AD,CD⊥QH,
∴∠F=∠TMF=45°,∠H=∠CNH=45°,
∴FT=TM=4,CN=CH=3,
∴四邊形PQNM的面積=×PF×PH-×PF×TM-×QH×CN=×8×8-×8×4-×6×3=7.
【點睛】本題是四邊形綜合題,考查了矩形的性質(zhì),全等三角形的判定和性質(zhì),軸對稱求最短距離,直角三角形的性質(zhì);通過構(gòu)造平行四邊形和軸對稱找到點P和點Q位置是解題的關(guān)鍵.
22.在中,,D為BC延長線上一點,點E為線段AC,CD的垂直平分線的交點,連接EA,EC,ED.
(1)如圖1,當(dāng)時,則_______°;
(2)當(dāng)時,
①如圖2,連接AD,判斷的形狀,并證明;
②如圖3,直線CF與ED交于點F,滿足.P為直線CF上一動點.當(dāng)?shù)闹底畲髸r,用等式表示PE,PD與AB之間的數(shù)量關(guān)系為_______,并證明.
【答案】(1)80;(2)是等邊三角形;(3).
【分析】(1)根據(jù)垂直平分線性質(zhì)可知,再結(jié)合等腰三角形性質(zhì)可得,,利用平角定義和四邊形內(nèi)角和定理可得,由此求解即可;
(2)根據(jù)(1)的結(jié)論求出即可證明是等邊三角形;
(3)根據(jù)利用對稱和三角形兩邊之差小于第三邊,找到當(dāng)?shù)闹底畲髸r的P點位置,再證明對稱點與AD兩點構(gòu)成三角形為等邊三角形,利用旋轉(zhuǎn)全等模型即可證明,從而可知,再根據(jù)30°直角三角形性質(zhì)可知即可得出結(jié)論.
【詳解】解:(1)∵點E為線段AC,CD的垂直平 分線的交點,
∴,
∴,,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∵在中,,,
∴,
∴,
故答案為:.
(2)①結(jié)論:是等邊三角形.
證明:∵在中,,,
∴,
由(1)得:,,
∴是等邊三角形.
②結(jié)論:.
證明:如解圖1,取D點關(guān)于直線AF的對稱點,連接、;
∴,
∵,等號僅P、E、三點在一條直線上成立,
如解圖2,P、E、三點在一條直線上,
由(1)得:,
又∵,
∴,
又∵,,
∴,
∵點D、點是關(guān)于直線AF的對稱點,
∴,,
∴是等邊三角形,
∴,,
∵是等邊三角形,
∴,,
∴,
∴,
在和中,
,
∴(SAS)
∴,
∵,
∴,
在中,,,
∴,
∴
【點睛】本題是三角形綜合題,主要考查了等腰三角形、等邊三角形的性質(zhì)和判定,全等三角形性質(zhì)和判定等知識點,解題關(guān)鍵是利用對稱將轉(zhuǎn)化為三角形三邊關(guān)系找到P的位置,并證明對稱點與AD兩點構(gòu)成三角形為等邊三角形.
23.已知如圖,在中,點是邊上一點,連接,點是上一動點,連接.
(1)如圖1,當(dāng)時,連接,延長交于點,求證:;
(2)如圖2,以為直角邊作等腰,連接,若,當(dāng)點在運動過程中,求周長的最小值.
【答案】(1)證明見解析;(2)
【分析】(1)通過證明△CEK≌△BEF及△KED≌△FED即可證明;
(2)延長CE到點P,使EP=CE,先證明點G在過點P且與CE垂直的直線PN上運動,再作點E關(guān)于點P的對稱點Q,連接BQ交PN于點G,此時△BEG的周長最小,求出此時GE+GB+BE的值即可.
【詳解】證明:(1)∵四邊形ABCD是平行四邊形,
∴,
∴∠K=∠ABE,
∵BF⊥AB,
∴∠ABF=90°,
∴∠ABE=90°﹣∠EBF=∠BFE,
∴∠K=∠BFE,
∵BE=CE,
∴△CEK≌△BEF(AAS),
∴CK=BF,EK=EF,
∵,
∴∠KED=∠EBC,∠FED=∠ECB,
∵BE=CE,
∠EBC=∠ECB,
∴∠KED=∠FED,
∴ED=ED,
∴△KED≌△FED(SAS),
∴DK=DF,
(2)如圖,作BN⊥BE,GN⊥BN于點N,延長NG交射線CE于點P,
則∠EBN=∠FBG=90°,
∴∠NBG=∠EBF=90°﹣∠GBE,
∵∠N=∠BEF=90°,BG=BF,
∴△BNG≌△BEF(AAS),
∴BN=BE;
∵∠EBN=∠N=∠BEP=90°,
∴四邊形BEPN是正方形,
∴PE=BE=CE,
∴當(dāng)點F在CE上運動時,點G在PN上運動;
延長EP到點Q,使PQ=PE,連接BQ交PN于點G,
∵PN垂直平分EQ,
∴點Q與點E關(guān)于直線PN對稱,
∵兩點之間,線段最短,
∴此時GE+GB=GQ+GB=BQ最小,
∵BE為定值,
∴此時GE+GB+BE最小,即△BEG的周長最小;
作DH⊥CE于點H,則∠DHE=∠DHC=90°,
∵∠ECB=∠EBC=45°,
∴∠HED=∠ECB=45°,
∴∠HDE=45°=∠HED,
∴DH=EH,
∴DH2+EH2=2DH2=DE2=,
∴DH=EH=1;
∴CH=,
∴BE=CE=EH+CH=1+2=3,
∴EQ=2PE=2BE=6,
∵∠BEQ=90°,
∴BQ=,
∴GE+GB+BE=,
∴△BEG周長的最小值為.
【點睛】本題重點考查平行四邊形的性質(zhì)、正方形的判定與性質(zhì)、等腰直角三角形的性質(zhì)、全等三角形的判定與性質(zhì)、勾股定理、以及運用軸對稱的性質(zhì)求線段和的最小值問題的求解等知識與方法,深入探究與挖掘題中的隱含條件并且正確地作出輔助線是解題的關(guān)鍵,此題綜合性強,難度大,屬于考試壓軸題.
特點
傳說亞歷山大城有一位精通數(shù)學(xué)和物理的學(xué)者,名叫海倫。一天,一位羅馬將軍專程去拜訪他,向他請教一個百思不得其解的問題。將軍每天從軍營A出發(fā),先到河邊飲(yìn)馬,然后再去河岸同側(cè)的B地開會,應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?從此,這個被稱為"將軍飲馬"的問題廣泛流傳。
實際問題:應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?
作圖問題:在直線l上求作一點C,
使AC+BC最短問題.
結(jié)論
AC+BC最短
解決方案
(1)現(xiàn)在假設(shè)點A,B分別是直線l異側(cè)的兩個點,如何在l上找到一個點,使得這個點到點A,點B的距離的和最短?
連接AB,與直線l相交于一點C.
AC+BC最短(兩點之間線段最短)
(2)現(xiàn)在假設(shè)點A,B分別是直線l同側(cè)的兩個點,如何在l上找到一個點,使得這個點到點A,點B的距離的和最短?
作法:
(1)作點B 關(guān)于直線l 的對稱點B′;
(2)連接AB′,與直線l 相交于點C.
則點C 即為所求.
所作的AC +BC最短嗎?請說明理由?
【證明】
如圖,在直線l 上任取一點C′(與點C 不重合),
連接AC′,BC′,B′C′.由軸對稱的性質(zhì)知,
BC =B′C,BC′=B′C′.
∴AC +BC= AC +B′C = AB′,
AC′+BC′= AC′+B′C′.
在△AB′C′中,
AB′<AC′+B′C′,
∴AC +BC<AC′+BC′.
即AC +BC 最短.
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