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几何图形中的最值问题是中考数学压轴题中的重要题型,本文就例题详细解析辅助线在解决这类题型中的应用,希望能给初三学生的复习备考提供帮助。
例题
已知:P是边长为1的正方形ABCD内的一点,求PA+PB+PC的最小值。
(1)求符合条件的P点
以B为顶点、BP为一边,在BP的下方作∠PBE=60°,取BE=BP,连接PE;
以B为顶点、BC为一边,在BC的下方作∠CBF=60°,取BF=BC,连接EF。
根据等腰三角形的判定和辅助线:BP=BE,则△BPE为等腰三角形;
根据等边三角形的判定、辅助线和结论:有一个角为60°的等腰三角形为等边三角形,∠PBE=60°,△BPE为等腰三角形,则△BPE为等边三角形;
根据等边三角形的性质和结论:等边三角形的三边相等,△BPE为等边三角形,则PE=PB;
根据辅助线和题目中的条件:∠PBC=∠PBE-∠CBE,∠EBF=∠CBF-∠CBE,∠PBE=60°,∠CBF=60°,则∠PBC=∠EBF;
根据全等三角形的判定、辅助线和结论:两组对应边及其夹角分别相等的两个三角形为全等三角形,BE=BP,∠PBC=∠EBF,BF=BC,则△PBC≌△EBF;
根据全等三角形的性质和结论:全等三角形的对应边相等,△PBC≌△EBF,则EF=PC;
根据结论:PE=PB,EF=PC,则PA+PB+PC=PA+PE+EF;
当P、A、E、F在一条直线上时,PA+PB+PC取到最小值。
(2)求PA+PB+PC的最小值
延长AB,过F作FG⊥AB,交AB的延长线于点G
根据正方形的性质和题目中的条件:正方形的四个角为直角,四边形ABCD为正方形,则∠ABC=90°,即BC⊥AB;
根据结论和辅助线:BC⊥AB,FG⊥AB,则BC∥FG;
根据平行线的性质和结论:两直线平行,内错角相等,BC∥FG,则∠BFG=∠CBF;
根据辅助线和结论:∠CBF=60°,∠BFG=∠CBF,则∠BFG=60°;
根据辅助线:FG⊥AB,则∠BGF=90°;
根据结论:∠BFG=60°,∠BGF=90°,∠BFG+∠BGF+∠FBG=180°,则∠FBG=30°;
根据直角三角形的性质、辅助线和结论:在直角三角形中,如果有一个锐角等于30°,那么它所对的直角边等于斜边的一半,BF=BC=1,∠FBG=30°,则GF=BF/2=1/2;
根据勾股定理和结论:GF=1/2,BF=1,BG+GF=BF,则BG=√3/2;
根据结论:AB=1,BG=√3/2,AG=AB+BG,则AG=1+√3/2;
根据勾股定理和结论:AG=1+√3/2,GF=1/2,AG+GF=AF,则AF=(√2+√6)/2。
所以,PA+PB+PC的最小值为(√2+√6)/2。
结语
几何图形中多条线段和的最值问题的解题思路:
根据题意,合理添加辅助线,构造符合条件的等边三角形;
利用等边三角形的性质,把需要求解的多条线段转换成位置相关的线段;
利用两点之间线段最短的原,寻找到符合条件的点的位置进行求解。