内容正文:
第22章 重难点突破专题01 相似与图形动点问题
学习目标
①灵活运用相似的性质解决图形综合中的边、角问题;
②通过辅助线构造相似、利用方程函数思想求最值等思想方法解决图形综合问题。
思想方法01 辅助线构造相似
①添加平行线:构造“A”、“X”字相似模型;
②作垂线:构造相似直角三角形(一线三直角);
①作延长线(可以是多条延长线):补形法,补出常见的相似模型(A字、X字等);
思想方法02 分类讨论与方程函数思想
①在动点问题中,分类讨论满足条件的动点位置;
②对于一些未知线段,可设参数,找到等量关系,转化为方程进行解题;或利用函数解最值问题
·辅助平行线的作图技巧
①如果已知条件中有中点,那么就过中点做平行线。
②已知条件中如果有同一条直线上两条线段的比,那就过这三点中的某一端点做平行线。
③如果要求结论中有同一条直线上两条线段的比,那么过这三点中的某一端点做平行线。
·结合全等模型理解相似模型
全等三角形的构造与相似三角形的构造方法与思路一致,其目的都是为了在图形综合问题里转换边角关系
【题型一:分类讨论三角形的形状】
例1.(23-24八年级上·安徽安庆·期末)如图,中,,,,,若动点以的速度从点出发,沿着的方向运动,设点的运动时间为秒,连接,当是直角三角形时,t的值最多有( )个
A.1 B.2 C.3 D.4
变式1.(24-25九年级上·山东聊城·阶段练习)在中,,,,动点M,N从点C同时出发,均以每秒的速度分别沿、向终点A,B移动,同时动点P从点B出发,以每秒的速度沿向终点A移动,连接,,设移动时间为t(单位:秒)三个点中有一个到达终点即停止运动.
(1)若以B、P、N 为顶点的三角形与相似,求t的值;
(2)当是等腰三角形时,求t 的值;
【技巧方法与总结】①对于三角形的形状的分类讨论:直角(3种情况)、等腰(3种情况);②相似三角形的分类讨论:根据对应边进行分类。
【题型二:最短路径问题】
例2.(23-24九年级上·安徽六安·期末)如图,在矩形中,,,点E是对角线上一动点,连接,过E作,交边于点F,以,为邻边作矩形.
(1)当时,则的长为 ;
(2)点H在上,且,连接,则长的最小值是 .
变式2.(23-24九年级上·安徽合肥·期末)如图,在中,,,,,分别为,的中点,为边上动点,为直角三角形,点在的上方,且,.
(1)若点与点重合,则的长是 ;
(2)点运动过程中的最小值为 .
【方法技巧与总结】①辅助线构造相似,转化未知线段为易求线段;②利用三点共线或垂线段最短求最短路径。
【题型三:与方程函数思想结合求最值问题】
例3.(22-23九年级上·安徽·期末)已知在中,,于点D,的平分线交于点E,交于点F,于点G,则 ,的最大值为 .
变式3-1.(23-24九年级上·全国·单元测试)如图,在矩形中,,,是边上的动点,连接,过点作交于点
(1)若,则的长为 ;
(2)在点E运动的过程中,的最大值为 .
变式3-2.(2024·安徽芜湖·一模)如图所示,中,,,,,为中点,若点为直线下方一点,在异侧,且与相似,则下列结论:
(1)若,则的最大值为 ;
(2)若,则当时,取得最大值.
【题型四:图形综合】
例4.如图,正方形的边长为4,点分别在边上,且平分,连接,分别交于点是线段上的一个动点,过点作,垂足为,连接.有下列四个结论:①垂直平分;②的最小值为;③;④.其中正确的是( )
A.①② B.②③④ C.①③ D.①③④
【方法技巧与总结】
此类问题,包含①辅助线构造相似;②解直角三角形;③利用函数求最值;④动点与最短路径等问题。综合性强、难度大。辅助线构造相似三角形是解题关键。
1.(24-25九年级上·广西北海·阶段练习)如图,在中,,动点从点开始沿边运动,速度为,动点从点开始沿边运动,速度为.如果两动点同时运动,那么经过( )秒时与相似.
A. B.或 C.或 D.
2.如图,在中,,,点、分别在、上,,,交于点.则与的面积相等的三角形是 ,面积的最大值为 .
3.(2024·河南南阳·二模)如图,在矩形中,,,M、N分别是边上的动点且.连接.则最小值为 .
4.(2023·四川眉山·中考真题)如图,在正方形中,点E是上一点,延长至点F,使,连结,交于点K,过点A作,垂足为点H,交于点G,连结.下列四个结论:①;②;③;④.其中正确结论的个数为( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
5.(2024·安徽芜湖·一模)如图所示,中,,,,,为中点,若点为直线下方一点,在异侧,且与相似,则下列结论:
①若,与相交于,则点必为的重心;
②若,则的最大值为;
③若,,则的长为;
④若,则当时,取得最大值.
其中正确的为( )
A.①④ B.②③ C.②④ D.①③④
6.(2024·安徽合肥·三模)如图1,四边形是正方形,点E在边的延长线上,点F在边上,且,连接交于点P,连接交于Q,连接.
(1)求证:;
(2)连接,如图2,
①若,求的长;
②若,则 .
原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!1
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
$$
第22章 重难点突破专题01 相似与图形动点问题
学习目标
①灵活运用相似的性质解决图形综合中的边、角问题;
②通过辅助线构造相似、利用方程函数思想求最值等思想方法解决图形综合问题。
思想方法01 辅助线构造相似
①添加平行线:构造“A”、“X”字相似模型;
②作垂线:构造相似直角三角形(一线三直角);
①作延长线(可以是多条延长线):补形法,补出常见的相似模型(A字、X字等);
思想方法02 分类讨论与方程函数思想
①在动点问题中,分类讨论满足条件的动点位置;
②对于一些未知线段,可设参数,找到等量关系,转化为方程进行解题;或利用函数解最值问题
·辅助平行线的作图技巧
①如果已知条件中有中点,那么就过中点做平行线。
②已知条件中如果有同一条直线上两条线段的比,那就过这三点中的某一端点做平行线。
③如果要求结论中有同一条直线上两条线段的比,那么过这三点中的某一端点做平行线。
·结合全等模型理解相似模型
全等三角形的构造与相似三角形的构造方法与思路一致,其目的都是为了在图形综合问题里转换边角关系
【题型一:分类讨论三角形的形状】
例1.(23-24八年级上·安徽安庆·期末)如图,中,,,,,若动点以的速度从点出发,沿着的方向运动,设点的运动时间为秒,连接,当是直角三角形时,t的值最多有( )个
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】本题考查了相似三角形的性质和判定,含30度角的直角三角形的性质等知识点,解直角三角形求出,求出,分为两种情况:①,根据相似三角形的性质和判定求出,求出,即可求出时间;②,根据相似三角形的性质和判定求出,求出,再求出时间即可.能求出符合题意的所有情况是解此题的关键.
【详解】解:,,,
,
①当时,
,,
,
,
,
,
,
,
,
解得:,
即,
当从到时,时间秒,
当从到再到时,时间秒,
,此时舍去;
②当时,
,,
,
,
,
解得:,
,
当从到时,时间秒,
当从到再到时,时间(秒,
综合上述,时间或5或7,
故选:C.
变式1.(24-25九年级上·山东聊城·阶段练习)在中,,,,动点M,N从点C同时出发,均以每秒的速度分别沿、向终点A,B移动,同时动点P从点B出发,以每秒的速度沿向终点A移动,连接,,设移动时间为t(单位:秒)三个点中有一个到达终点即停止运动.
(1)若以B、P、N 为顶点的三角形与相似,求t的值;
(2)当是等腰三角形时,求t 的值;
【答案】(1)或
(2)2或
【知识点】用勾股定理解三角形、相似三角形的判定与性质综合、等腰三角形的定义
【分析】本题考查了相似三角形的判定与性质、平行线分线段成比例,等腰三角形的定义,正确的作出辅助线是解题的关键.
(1)根据勾股定理.根据相似三角形的性质得到结论;
(2)分三种情况:①当时,得到,②当时,即点在的垂直平分线上,如图1,过作的垂直平分线交于,则,,根据,得到比例式即可得到结果;③当时,即点在的垂直平分线上,如图1,过作的垂直平分线交于,由,得到比例式,即可得到结果,(不合题意,舍去);
【详解】(1)解:在中,,,.
根据勾股定理,得.
∵以B、P、N为顶点的三角形与相似
∴当时,,
此时,即,解得,
当时,
此时,即,解得
答:当、时,B、P、N为顶点的三角形与相似;
(2)解:是等腰三角形,
①当时,即,
解得:,
②当时,
如图1,过作的垂线交于,
则,,
∴,,
,
,即,
解得:,
③当时,
如图2,过作的垂线交于,
则,,
,
,
,
即:,
解得:,(不合题意,舍去),
综上所述:当,或时,是等腰三角形.
【技巧方法与总结】①对于三角形的形状的分类讨论:直角(3种情况)、等腰(3种情况);②相似三角形的分类讨论:根据对应边进行分类。
【题型二:最短路径问题】
例2.(23-24九年级上·安徽六安·期末)如图,在矩形中,,,点E是对角线上一动点,连接,过E作,交边于点F,以,为邻边作矩形.
(1)当时,则的长为 ;
(2)点H在上,且,连接,则长的最小值是 .
【答案】 / //4.4
【分析】(1)过点E作于点M,延长交于点N,根据勾股定理求出,证明,得出,求出,,,得出,根据勾股定理求出,证明,得出,求出最后结果即可;
(2)连接并延长交的延长线于L,根据,得出,证明,得出,从而得出,证明,得出,得出,
∴当时,最小,连接,根据等积法求出结果即可.
本题主要考查了三角形相似的判定和性质,勾股定理,三角函数的应用,矩形的判定和性质,解题的关键是作出辅助线,熟练掌握相似三角形的判定方法.
【详解】解:(1)如图,过点E作于点M,延长交于点N,
∵四边形为矩形,
∴,,,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴四边形为矩形,
∴,,,
∵,
∴,
∴,
∵,,
∴,,,
∴,
∴,
∵四边形为矩形,
∴,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴;
故答案为:.
(2)如图,连接并延长交的延长线于L,
根据解析(1)可知,,
∴,
∵,,
∴,
∴,
∴,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴当时,最小,连接,
∵,
∴,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴.
故答案为:.
变式2.(23-24九年级上·安徽合肥·期末)如图,在中,,,,,分别为,的中点,为边上动点,为直角三角形,点在的上方,且,.
(1)若点与点重合,则的长是 ;
(2)点运动过程中的最小值为 .
【答案】
【分析】(1)当点与点重合,与重合,根据勾股定理及为的中点,可求的长度,由为直角三角形,,可求的长度,
(2)当点与点重合时,设点的位置为,由,可得,求得,从而确定点的运动轨迹,根据点到直线距离垂线段最短,求出的最小值.
【详解】解:(1)根据题意作图,当点与点重合时,
,,,
,
点为的中点,
,
又,,
,
,
故答案为:;
(2)当点与点重合时,设此时点的位置为,点的位置为,连接点、,
,
,,
,即,
,
,
又,
点的运动轨迹在直线上,
分别过、作直线、的垂线,垂足分别为、,的长度即为的最小值,
,
,
,
,解得:,
,
故点运动过程中的最小值为.
【点睛】本题考查了勾股定理,直角三角形内的三角函数,相似三角形的判定与性质,点到直线距离垂线段最短,解题的关键是:
(1)熟练应用勾股定理及三角函数进行求值,
(2)通过相似三角形的判定与性质,确定点的运动轨迹.
【方法技巧与总结】①辅助线构造相似,转化未知线段为易求线段;②利用三点共线或垂线段最短求最短路径。
【题型三:与方程函数思想结合求最值问题】
例3.(22-23九年级上·安徽·期末)已知在中,,于点D,的平分线交于点E,交于点F,于点G,则 ,的最大值为 .
【答案】 /
【分析】利用两角对应相等证明和,推出是等腰三角形,利用三线合一的性质可求得;设,,证明,求得,代入得到,再利用二次函数的性质求解即可.
【详解】解:∵,,平分,
∴,,
∴,
∴,
同理,
∴,
∴,
∴,
∴是等腰三角形,
又,
∴,
∴;
设,,
同理,
∴,
∴,
∴,,
∴,
令,
则原式,
∵,
∴的最大值为,
故答案为:,.
【点睛】本题考查了相似三角形的判定和性质,二次函数的性质,解题的关键是正确寻找相似三角形解决问题,学会利用参数解决问题,属于中考填空压轴题.
变式3-1.(23-24九年级上·全国·单元测试)如图,在矩形中,,,是边上的动点,连接,过点作交于点
(1)若,则的长为 ;
(2)在点E运动的过程中,的最大值为 .
【答案】 1
【知识点】相似三角形的判定与性质综合、根据矩形的性质求线段长、y=ax²+bx+c的图象与性质
【分析】(1)由矩形的性质及知、,得出,即可证得,据此计算可得;
(2)设,由相似三角形的性质得比例式,从而得到函数关系式,配方可得最值.
本题主要考查相似三角形的判定与性质、二次函数的性质,解题的关键是熟练掌握相似三角形的判定与性质、矩形的性质.
【详解】(1)四边形是矩形,
,
,
,
,
,
∴,
,
,,
,
,
.
故答案为:1.
(2)如图所示,设
由①得,
,
,
整理,得:,
根据函数图象可知,抛物线,
开口向下,抛物线的顶点坐标是它的最高点、且在函数的自变量的取值范围内.
所以当的长为2时,的长最大为.
故答案为:.
变式3-2.(2024·安徽芜湖·一模)如图所示,中,,,,,为中点,若点为直线下方一点,在异侧,且与相似,则下列结论:
(1)若,则的最大值为 ;
(2)若,则当时,取得最大值.
【答案】
【分析】(1)得当,且时,为最大,过点作交延长线于,先四边形为矩形,则,,再由与相似得,进而可求出的长;(2)先求出,再由得,则,由此可得当时,取得最大值。
【详解】解:(1),,,
,
,
由勾股定理得:,
与相似,
当,且时,为最大,如图所示,
过点作交延长线于,
,,,
四边形为矩形,
,,
与相似,
::,
即,
,
在中,,,
由勾股定理得:;
(2)在中,,,
由勾股定理得:,
,如图所示:
::,
,
,
,
当时,取最大值,
即当时,取最大值.
【题型四:图形综合】
例4.如图,正方形的边长为4,点分别在边上,且平分,连接,分别交于点是线段上的一个动点,过点作,垂足为,连接.有下列四个结论:①垂直平分;②的最小值为;③;④.其中正确的是( )
A.①② B.②③④ C.①③ D.①③④
【答案】D
【分析】证明,可判定①正确;
连接交于点O,Q,点M,点G关于直线对称,故的最小值是点P与点Q重合时,取得,且为,故的最小值是,故②错误;先证明,得,可证,故③ 正确;根据,故④正确.本题考查了正方形的性质,三角形相似的判定和性质,三角形全等的判定和性质,垂线段最短,熟练掌握性质是解题的关键.
【详解】∵正方形,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴.
∵,
∴,
∴,
∵平分,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴垂直平分,
故①正确;
连接交于点O,Q,
∵正方形,且,
∴,
∵垂直平分,
∴点M,点G关于直线对称,
故的最小值是点P与点Q重合时,取得,且为,
故的最小值是,
故②错误;
∵,
∴,,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
故③ 正确;
∵垂直平分,
∴,
∵,
∴,
故④正确.
故选D.
【方法技巧与总结】
此类问题,包含①辅助线构造相似;②解直角三角形;③利用函数求最值;④动点与最短路径等问题。综合性强、难度大。辅助线构造相似三角形是解题关键。
1.(24-25九年级上·广西北海·阶段练习)如图,在中,,动点从点开始沿边运动,速度为,动点从点开始沿边运动,速度为.如果两动点同时运动,那么经过( )秒时与相似.
A. B.或 C.或 D.
【答案】B
【知识点】相似三角形——动点问题
【分析】本题考查了相似三角形的判定和性质,设经过秒时,与相似,则,,,根据,分和两种情况解答即可求解,掌握相似三角形的性质并运用分类讨论思想解答是解题的关键.
【详解】解:设经过秒时,与相似,则,,
∴,
∵,
∴当时,,
即,
解得;
当时,,
即,
解得;
综上可知,经过或时,与相似,
故选:.
2.如图,在中,,,点、分别在、上,,,交于点.则与的面积相等的三角形是 ,面积的最大值为 .
【答案】
【分析】本题考查了相似三角形的判定和性质,平行线的判定和性质,连接,先证明得到,推出,进而得到,可得 ,求出面积的最大值即可求解,解题的关键是证明,推导出.
【详解】解:连接,
∵,,
∴,
∴,
∴,
∴,,
∴,
∴,,
∴ ,
∵,
∴,
∴,
∴,
∵,
∴ 当时,的面积最大,最大值,
∴的面积的最大值,
故答案为:,.
3.(2024·河南南阳·二模)如图,在矩形中,,,M、N分别是边上的动点且.连接.则最小值为 .
【答案】10
【知识点】用勾股定理解三角形、平行四边形性质和判定的应用、根据矩形的性质求线段长、相似三角形的判定与性质综合
【分析】本题考查矩形性质,勾股定理,平行四边形判定及性质,相似三角形判定及性质,最短距离问题.根据题意因不在一条直线上,只需将两条线转化在同一条直线上,作,使得,连接,由边的关系,继而当点三点共线时,有最小值,继而利用勾股定理和相似三角形即可得到本题答案.
【详解】解:过点作,使得,连接,令交于点,
∵矩形中,,,
设,则,
当三点共线时,的值最小,
∵,,
∴四边形是平行四边形,
∴,
∵点三点共线,
∴,
∵四边形是矩形,
∴,,
∴四边形是平行四边形,
∴,
∵,
∴四边形是菱形,
∴,
∴在中,由勾股定理得:,
∴,解得:,
∴
在中,由勾股定理得:,
∴,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,解得:,
∴最小值为:10
故答案为:10.
4.(2023·四川眉山·中考真题)如图,在正方形中,点E是上一点,延长至点F,使,连结,交于点K,过点A作,垂足为点H,交于点G,连结.下列四个结论:①;②;③;④.其中正确结论的个数为( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【答案】C
【分析】根据正方形的性质可由定理证,即可判定是等腰直角三角形,进而可得,由直角三角形斜边中线等于斜边一半可得;由此即可判断①正确;再根据,可判断③正确,进而证明,可得,结合,即可得出结论④正确,由随着长度变化而变化,不固定,可 判断②不一定成立.
【详解】解:∵正方形,
∴,,
∴,
∵,
∴,
∴,,
∴,
∴是等腰直角三角形, ,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴,故①正确;
又∵,,
∴,
∴,
∵,即:,
∴,
∴,故③正确,
又∵,
∴,
∴,
又∵,
∴,故④正确,
∵若,则,
又∵,
∴,
而点E是上一动点,随着长度变化而变化,不固定,
而,
则故不一定成立,故②错误;
综上,正确的有①③④共3个,
故选:C.
【点睛】本题考查三角形综合,涉及了正方形的性质,全等三角形、相似三角形的判定与性质,等腰三角形"三线合一"的性质,直角三角形的性质,熟练掌握正方形的性质、全等三角形的判定与性质、相似三角形的判定和性质、直角三角形斜边中线等于斜边的一半的性质是解题的关键.
5.(2024·安徽芜湖·一模)如图所示,中,,,,,为中点,若点为直线下方一点,在异侧,且与相似,则下列结论:
①若,与相交于,则点必为的重心;
②若,则的最大值为;
③若,,则的长为;
④若,则当时,取得最大值.
其中正确的为( )
A.①④ B.②③ C.②④ D.①③④
【答案】C
【分析】①依题意得为等腰直角三角形,则为等腰直角三角形,分三种情况讨论:当时,由得为边上的中线,故得为的重心;当时,连接交于,证四边形为平行四边形,则边上的中线,故得点为的重心;当时,连接交于,连接,此时不是边上的中线,故得点不是的重心,据此可对结论①进行判断;②依题意得当,且时,为最大,过点作交延长线于,先四边形为矩形,则,,再由与相似得,进而可求出的长,由此可对结论②进行判断;③先由,,,得,,,过点作交的延长线于,过点作于,过点作于,先求出,,证为的中位线得,,再分别求出,,,再证四边形为矩形,得,,,然后由勾股定理求出即可对结论③进行判断;④先求出,再由得,则,由此可得当时,取得最大值,据此可对结论④进行判断,综上所述即可得出答案.
【详解】解:①,,
为等腰直角三角形,
,,
与相似,
有以下三种情况讨论如下:
当时,如图所示:
,
点,,在同一条直线上,
与相似,
为等腰直角三角形,
,
即为的边上的中线,
又点为的中点,
为的边上的中点,
与的交点为的重心;
当时,连接交于,如图所示:
与相似,
为等腰直角三角形,
,
又,
,
四边形为平行四边形,
,
即为的边上的中线,
又点为的中点,
为的边上的中点,
与的交点为的重心;
当时,连接交于,连接,如图所示:
此时点不是的中点,
不是的边上的中线,
与的交点不是的重心,
故结论①不正确;
②,,,
,
,
由勾股定理得:,
与相似,
当,且时,为最大,如图所示,
过点作交延长线于,
,,,
四边形为矩形,
,,
与相似,
::,
即,
,
在中,,,
由勾股定理得:,
故结论②正确;
③,,,
,,,
过点作交的延长线于,过点作于,
过点作于,如图所示:
在中,,,则,
,,
点为的中点,,
为的中位线,
,,
在中,,,
,
在中,,,
,
由勾股定理得:,
,,,
四边形为矩形,
,,
,
,
故结论③不正确;
④在中,,,
由勾股定理得:,
,如图所示:
::,
,
,
,
当时,取最大值,
即当时,取最大值.
故结论④正确;
综上所述:正确的结论是②④.
故选:C.
【点睛】此题主要考查了相似三角形的性质,直角三角形的性质,三角形的重心,勾股定理,二次函数的最值问题;熟练掌握相似三角形的性质,直角三角形的性质,理解三角形的重心,灵活运用勾股定理进行计算是解决问题的关键.
6.(2024·安徽合肥·三模)如图1,四边形是正方形,点E在边的延长线上,点F在边上,且,连接交于点P,连接交于Q,连接.
(1)求证:;
(2)连接,如图2,
①若,求的长;
②若,则 .
【答案】(1)证明见解析
(2)① ②
【分析】此题考查了相似三角形的判定和性质、全等三角形的判定和性质、正方形的性质等知识,熟练掌握相似三角形的判定和全等三角形的判定是解题的关键.
(1)过点E作交的延长线于点G,证明,即可得到结论;
(2)①连接,证明,则,得到是等腰直角三角形,由(1)知:点Q是的中点,则,证明,则,得到,设,根据勾股定理,得,得到,,Q是的中点,即可得到;②过F作,证明四边形是矩形,进一步得到,设,则,证明,则,得到,求出,得到,证明,得到,则,即可得到答案.
【详解】(1)证明:如图1,过点E作交的延长线于点G,
∴,
∵四边形是正方形,
∴,
∵,
∵,
∴,
∴,
∵,
∴,
又,
∴,
∴;
(2)①解:如图2,连接,
∵四边形是正方形,
∴
∵,
∴,
∴,
∴
∴是等腰直角三角形,
由(1)知:点Q是的中点,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
∵,
∴,
设,
根据勾股定理,得,
∴,
∴或(舍去),
∴,
∵,Q是的中点,
∴;
②如图3,过F作,
∵
∴四边形是矩形,
∴,
∵,
∴,
由(1)知,,
∴,
设,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴(负值舍去),
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴,
∴.
故答案为:
原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!1
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
$$