内容正文:
专题12 圆中的五类最值问题
内容早知道
☛第一层 巩固提升练(5大题型)
题型一 阿氏圆最值问题
题型二 瓜豆原理问题
题型三 隐圆问题
题型四 定角定高问题
题型五 米勒最大角问题
☛第二层 能力培优练
☛第三层 拓展突破练
阿氏圆最值问题
⭐技巧积累与运用
动点到两定点距离之比为定值(即:平面上两点A、B,动点P满足 PA/PB=k(k为常数,且k≠1)),那么动点的轨迹就是圆,因这个结论最早由古希腊数学家阿波罗尼斯发现的,故称这个圆称为阿波罗尼斯圆,简称为阿氏圆。
阿氏圆求最值的本质就是通过构造母子相似,化去比例系数,转化为两定一动将军饮马型求最值,难点在于如何构造母子相似。
阿氏圆最值问题常见考法:点在圆外:向内取点(系数小于1);点在圆内:向外取点(系数大于1);一内一外:提系数;隐圆型阿氏圆等。
1.(23-24九年级下·浙江绍兴·阶段练习)如图,在菱形中,,,以点为圆心作半径为3的圆,其中点是圆上的动点,则的最小值为 .
2.(2024·浙江·模拟预测)已知扇形中,,,点P是弧上一点,的最小值为
3.(2023·陕西咸阳·三模)如图,在菱形中,对角线相交于点O,点E、F分别是上的两个动点,且,P是的中点,连接,若,则的最小值为 .
瓜豆原理问题
⭐技巧积累与运用
“主从联动”模型也叫“瓜豆”模型,出自成语“种瓜得瓜,种豆得豆”。这类动点问题中,一个动点随另一个动点的运动而运动,我们把它们分别叫作从动点和主动点,从动点和主动点的轨迹是一致的,即所谓“种”线得线,“种”圆得圆(而当主动点轨迹是其他图形时,从动点轨迹必然也是)。解决这一类问题通常用到旋转、全等和相似。
1.(2024·河南南阳·三模)如图,点,半径为2,,,点是上的动点,点是的中点,则的最小值为( )
A.1.5 B.2 C.2.5 D.3
2.(2023·江苏盐城·九年级统考期中)如图,为的直径,C为上一点,其中,,D为上的动点,连接,取中点M,连接,则线段的最大值为 .
3.(2024·江苏无锡·一模)如图,矩形中,,以为圆心,3为半径作,为上一动点,连接,以为直角边作,使,,则点与点的最小距离为( )
A. B. C. D.
4.(23-24九年级上·安徽合肥·期末)如图,在中,,,,平面上有一点P,,连接,,取的中点G.连接,在绕点A的旋转过程中,则的最大值是( )
A.3 B.4 C. D.5
隐圆问题
⭐技巧积累与运用
寻找隐圆技巧1:若动点到平面内某定点的距离始终为定值,则其轨迹是圆或圆弧;
寻找隐圆技巧2:一条定边所对的角始终为直角,则直角顶点轨迹是以定边为直径的圆或圆弧;
寻找隐圆技巧3:AB为定值,∠P为定角,则P点轨迹是一个圆。
1.(2023·山东泰安·统考中考真题)如图,在平面直角坐标系中,的一条直角边在x轴上,点A的坐标为;中,,连接,点M是中点,连接.将以点O为旋转中心按顺时针方向旋转,在旋转过程中,线段的最小值是( )
A.3 B. C. D.2
2.(2023·山东·统考中考真题)如图,在四边形中,,点E在线段上运动,点F在线段上,,则线段的最小值为 .
3.(2023·广东深圳·校考模拟预测)如图,在边长为6的等边中,点E在边上自A向C运动,点F在边上自C向B运动,且运动速度相同,连接交于点P,连接,在运动过程中,点P的运动路径长为( )
A. B. C. D.
4.(2023上·湖北武汉·九年级校考阶段练习)如图,⊙O的半径为2,弦AB的长为2,点C是优弧AB上的一动点,BD⊥BC交直线AC于点D,当点C从△ABC面积最大时运动到BC最长时,点D所经过的路径长为 .
定角定高问题
⭐技巧积累与运用
定角定高模型:如图,直线BC外一点A,A到直线BC距离为定值(定高AD),∠BAC为定角,则BC有最小值,即△ABC的面积有最小值。因为其形像探照灯,所以也叫探照灯模型。
条件:在△ABC中,∠BAC=(定角),AD是BC边上的高,且AD=h(定高)。
结论:当△ABC是等腰三角形(AB=AC)时,BC的长最小;△ABC的面积最小;△ABC的周长最小。
1.(23-24九年级上·江苏苏州·阶段练习)已知:如图,点O是直线l外一点,点O到直线l的距离是4,点A、点B是直线l上的两个动点,且cos∠AOB=,则线段AB的长的最小值为( )
A. B. C.3 D.4
2.(2023·陕西渭南·二模)如图,在中,,边上的高为4,则周长的最小值为 .
3.(23-24·广东·九年级校考阶段练习)如图,在△ABC中,∠BAC=60°,AD⊥BC于点D,且AD=4,则△ABC面积的最小值为 .
4.(23-24九年级上·广东深圳·阶段练习)【场景发现】小明晚上经过河边时,发现探照灯的照射光线都不是垂直于河边,而是有一个角度,为了寻找原因,小明将这一场景进行数学抽象化如图所示,
【模型迁移】在一个矩形院子安装一个摄像头,摄像头的监控角度为,若将摄像头安装在墙的处,,是摄像头与墙壁的交点,如图图所示,阴影部分为摄像头的盲区.
(1)假设探照灯的有效照射角度为,河宽米, 米的时候照射的面积最小,最小值为 ;
(2)若米,米,在线段是否存在点,当摄像头在点转动时,摄像头的盲区不变,若存在,等于多少,摄像头的盲区面积为多少?(3)在南北走向的马路上,工作人员要安装一个摄像角度为的摄像头,正好可以监控到整面墙面,以墙面的中点为为原点建立如图所示的坐标系,,马路距离墙面的最小距离为,请写出符合条件的摄像头的坐标.
米勒最大角问题
⭐技巧积累与运用
已知点A,B是∠MON的边ON上的两个定点,点C是边OM上的动点,则当C在何处时,∠ACB最大?对米勒问题在初中最值的考察过程中,也成为最大张角或最大视角问题。
米勒定理:已知点AB是∠MON的边ON上的两个定点,点C是边OM上的一动点,则当且仅当三角形ABC的外圆与边OM相切于点C时,∠ACB最大。
1.(2024·河南濮阳·一模)如图,三位同学站在以足球门为弦的圆上踢足球,点 都在圆上,小明站在 点,小强站在 点,小宁站在 点,对于小明、小强、小宁踢进足球球门,下列说法正确的是( )
A.小明踢进足球的可能性最大 B.小强踢进足球的可能性最大
C.小宁踢进足球的可能性最大 D.三位同学踢进足球的可能性一样大
2.(2024·江苏徐州·一模)如图,,,,点在上运动,当最大时,则的长度是( )
A.15 B.20 C. D.
3.(2024·陕西西安·模拟预测)问题探究:(1)如图1,是的弦,直线与相交于点两点,是直线上异于点,的两个点,则、、的大小关系是______(用“”连接).(2)如图2,是的弦,直线与相切于点,点是直线上异于点的任意一点,请在图2中画出图形,试判断,的大小关系,并证明.
问题解决:(3)某儿童游乐场的平面图如图3所示,场所工作人员想在边上点处安装监控装置,用来监控边上的段,为了让监控效果最佳,必须要求最大.已知,米,米,问在上是否存在一点,使得最大,若存在,请求出此时的长和的度数,如果不存在,请说明理由.
1.(23-24九年级上·江苏无锡·阶段练习)如图,线段为的直径,点在的延长线上,,,点是上一动点,连接,以为斜边在的上方作,且使,连接,则长的最大值为( )
A. B. C. D.
2.(2023上·江苏苏州·九年级校考阶段练习)如图,以为圆心,半径为2的圆与x轴交于A,B两点,与y轴交于C,D两点,点E为上一动点,作于点F.当点E从点B出发,顺时针旋转到点D时,点F所经过的路径长为( )
A. B. C. D.
3.(2023·四川自贡·统考中考真题)如图,分别经过原点和点的动直线,夹角,点是中点,连接,则的最大值是( )
A. B. C. D.
4.(2024·广东·模拟预测)如图,已知正方ABCD的边长为6,圆B的半径为3,点P是圆B上的一个动点,则的最大值为_______.
5.(2024·山东·模拟预测)如图,在中,,,,在以为圆心3为半径的圆上,则的最小值为 .
6.(23-24九年级上·江苏无锡·期中)如图,是上任意一点,点在外,已知,是等边三角形,则的面积的最大值为
7.(23-24九年级上·北京房山·期末)在平面直角坐标系中,为轴正半轴上一点.已知点,,是的外接圆.(1)点的横坐标为 ;(2)若最大时,则点的坐标为 .
8.(2022·内蒙古·中考真题)如图,是的外接圆,为直径,若,,点从点出发,在内运动且始终保持,当,两点距离最小时,动点的运动路径长为______.
9.(2023·成都市·九年级专题练习)如图所示,在扇形中,,,点是上的动点,以为边作正方形,当点从点移动至点时,求点经过的路径长.
10.(2024·山东济宁·一模)如图,抛物线与轴交于点、,且经过点.
(1)求抛物线的表达式;(2)在轴下方的抛物线上任取一点,射线、分别与抛物线对称轴交于点、,点关于轴的对称点为,求的面积;(3)点是轴上一动点,当最大时,请直接写出点的坐标.
1.(2024·重庆·模拟预测)正方形ABCD中,AB=2,点M是BC中点,点P是正方形内一点,连接PC,PM,当点P移动时,始终保持∠MPC=45°,连接BP,点E,F分别是AB,BP中点,求3BP+2EF的最小值为 .
2.(2024.江苏九年级期中)如下图,在正方形中,,点是以为直径的圆上的点,连接,将线段绕点逆时针旋转,得到线段,连接,则线段的最大值与最小值的和 .
3.(2023·广东清远·统考三模)如图,在,,E为边上的任意一点,把沿折叠,得到,连接.若,,则的最小值为 .
4.(2023·陕西西安·校考二模)如图,在四边形ABCD中,AB=AD=CD=4,AD∥BC,∠B=60°,点E、F分别为边BC、CD上的两个动点,且∠EAF=60°,则△AEF的面积的最小值是 .
5.(2023·重庆·校考三模)问题探究:(1)如图①,已知在△ABC中,∠B=∠C=30°,BC=6,则S△ABC= .(2)如图②,已知四边形ABCD中,∠ABC+∠ADC=180°,AD=DC,BD=4,请求出四边形ABCD面积的最大值.
问题解决(3)如图③,某小区有一个四边形花坛ABCD,AD∥BC,AB=AD=CD=15m,∠B=∠C=60°.为迎接“十四运”,园艺师将花坛设计成由两种花卉构成的新造型,根据造型设计要求,点E、F分别在边BC、CD上,且∠EAF=60°,现需要在△AEF的区域内种植甲种花卉,其余区域种植乙种花卉.已知种植甲种花卉每平方米需200元,乙种花卉每平方米需160元.试求按设计要求,完成花卉种植至少需费用多少元?(结果保留整数,参考数据:≈1.7)
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专题12 圆中的五类最值问题
内容早知道
☛第一层 巩固提升练(5大题型)
题型一 阿氏圆最值问题
题型二 瓜豆原理问题
题型三 隐圆问题
题型四 定角定高问题
题型五 米勒最大角问题
☛第二层 能力培优练
☛第三层 拓展突破练
阿氏圆最值问题
⭐技巧积累与运用
动点到两定点距离之比为定值(即:平面上两点A、B,动点P满足 PA/PB=k(k为常数,且k≠1)),那么动点的轨迹就是圆,因这个结论最早由古希腊数学家阿波罗尼斯发现的,故称这个圆称为阿波罗尼斯圆,简称为阿氏圆。
阿氏圆求最值的本质就是通过构造母子相似,化去比例系数,转化为两定一动将军饮马型求最值,难点在于如何构造母子相似。
阿氏圆最值问题常见考法:点在圆外:向内取点(系数小于1);点在圆内:向外取点(系数大于1);一内一外:提系数;隐圆型阿氏圆等。
1.(23-24九年级下·浙江绍兴·阶段练习)如图,在菱形中,,,以点为圆心作半径为3的圆,其中点是圆上的动点,则的最小值为 .
【答案】
【分析】连接,在上取一点,使得,连接,,过点作交的延长线于.先证明,即有,可得,再根据,(当P、G、D三点共线时取等号)即可求解.
【详解】解:连接,在上取一点,使得,连接,,过点作交的延长线于.,,,,
,,,,
四边形是菱形,,,,
,即,,,
,,(当P、G、D三点共线时取等号),的最大值为.故答案为:.
【点睛】本题考查了圆的性质,相似三角形的性质与判定,勾股定理,菱形的性质等知识,构造是解题的关键.
2.(2024·浙江·模拟预测)已知扇形中,,,点P是弧上一点,的最小值为
【答案】13
【分析】本题考查了相似三角形的性质与判定,勾股定理,圆的基本知识,如图所示,延长到E,使得,连接,证明,得到,则,故当B、P、E三点共线时,有最小值,利用勾股定理求出,则的最小值为13.
【详解】解:如图所示,延长到E,使得,连接,∴,
∴,又∵,∴,
∴,∴,∴,
∴当B、P、E三点共线时,有最小值,
∴,∴的最小值为13.故答案为:.
3.(2023·陕西咸阳·三模)如图,在菱形中,对角线相交于点O,点E、F分别是上的两个动点,且,P是的中点,连接,若,则的最小值为 .
【答案】/
【分析】在上取一点G,使得连接.根据菱形的性质可知,则,结合,可得,利用相似三角形的性质证得根据可知的长即为的最小值,利用勾股定理求出便可解决问题.
【详解】解:如图,在上取一点G,使得,连接.
∵四边形为菱形,,∴,,
∵,P是的中点,∴,∴,
又∵,∴,∴,即,
∵,∴当点G、P、C在同一直线上时,取得最小值,
此时 ,故答案为:.
【点睛】本题主要考查了菱形的性质,相似三角形的判定和性质,解题的关键是掌握“胡不归”问题模型,正确画出辅助线,构造相似三角形,根据相似三角形的性质和勾股定理求解.
瓜豆原理问题
⭐技巧积累与运用
“主从联动”模型也叫“瓜豆”模型,出自成语“种瓜得瓜,种豆得豆”。这类动点问题中,一个动点随另一个动点的运动而运动,我们把它们分别叫作从动点和主动点,从动点和主动点的轨迹是一致的,即所谓“种”线得线,“种”圆得圆(而当主动点轨迹是其他图形时,从动点轨迹必然也是)。解决这一类问题通常用到旋转、全等和相似。
1.(2024·河南南阳·三模)如图,点,半径为2,,,点是上的动点,点是的中点,则的最小值为( )
A.1.5 B.2 C.2.5 D.3
【答案】A
【分析】本题考查了坐标与图形、三角形中位线定理、勾股定理,连接交于,连接,由题意得出是的中位线,则,从而得到当最小值,最小,即当运动到时,最小,此时也为最小,求出的长即可得出答案.
【详解】解:如图,连接交于,连接,
,
∵,,∴,,∴,
∵点是的中点,∴,∴是的中位线,∴,
∴当最小值,最小,∴当运动到时,最小,此时也为最小,
∵,∴的最小值为,故选:A.
2.(2023·江苏盐城·九年级统考期中)如图,为的直径,C为上一点,其中,,D为上的动点,连接,取中点M,连接,则线段的最大值为 .
【答案】
【分析】连接,首先证明点的运动轨迹为以为直径的,连接,当点在的延长线上时,的值最大,利用勾股定理求出即可解决问题.
【详解】解:如图,连接,
∵点是的中点,,∴,∴,
∴点的运动轨迹为以为直径的,连接,当点在的延长线上时,的值最大,
在中,∵,,∴,
∴,∴的最大值为,故答案为:.
【点睛】本题考查圆周角定理、垂径定理、勾股定理、点与圆的位置关系等知识,解题的关键是正确寻找点的运动轨迹,学会构造辅助圆解决问题,属于中考填空题中的压轴题.
3.(2024·江苏无锡·一模)如图,矩形中,,以为圆心,3为半径作,为上一动点,连接,以为直角边作,使,,则点与点的最小距离为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】如图,取的中点,连接,,,DE由,推出,因为,可得,推出点的运动轨迹是以为圆心1为半径的圆,再利用两点之间线段最短即可解决问题.
【详解】如图,取的中点,连接,,,DE.
∵,,∴,∵,,∴,
∵,∴,∴,∵四边形是矩形,∴,∴,∴,∴,
∵,∴,∴点的运动轨迹是以为圆心1为半径的圆,
∵,∴,∴,∴的最小值为.故选:A.
【点睛】本题是一个动点问题,考查了矩形、圆、三角形相似的判定和性质、两点间线段最短等知识,本题的难点是点G的运动轨迹的探索,关键是构造两个相似的三角形.
4.(23-24九年级上·安徽合肥·期末)如图,在中,,,,平面上有一点P,,连接,,取的中点G.连接,在绕点A的旋转过程中,则的最大值是( )
A.3 B.4 C. D.5
【答案】A
【分析】本题考查的是三角形的中位线的性质,直角三角形斜边上的中线的性质,勾股定理的应用,圆的确定,作出合适的辅助线是解本题的关键;如图,取的中点,连接,,证明在以为圆心,为半径的圆上,即可得到答案.
【详解】解:如图,取的中点,连接,,
∵为的中点,,∴,∴在以为圆心,为半径的圆上,
当C,Q,G三点共线时,最大,,
∵,,,∴,∴,
∴,即的最大值为.故选A
隐圆问题
⭐技巧积累与运用
寻找隐圆技巧1:若动点到平面内某定点的距离始终为定值,则其轨迹是圆或圆弧;
寻找隐圆技巧2:一条定边所对的角始终为直角,则直角顶点轨迹是以定边为直径的圆或圆弧;
寻找隐圆技巧3:AB为定值,∠P为定角,则P点轨迹是一个圆。
1.(2023·山东泰安·统考中考真题)如图,在平面直角坐标系中,的一条直角边在x轴上,点A的坐标为;中,,连接,点M是中点,连接.将以点O为旋转中心按顺时针方向旋转,在旋转过程中,线段的最小值是( )
A.3 B. C. D.2
【答案】A
【分析】如图所示,延长到E,使得,连接,根据点A的坐标为得到,再证明是的中位线,得到;解得到,进一步求出点C在以O为圆心,半径为4的圆上运动,则当点M在线段上时,有最小值,即此时有最小值,据此求出的最小值,即可得到答案.
【详解】解:如图所示,延长到E,使得,连接,
∵的一条直角边在x轴上,点A的坐标为,
∴,∴,∴,
∵点M为中点,点A为中点,∴是的中位线,∴;
在中,,∴,
∵将以点O为旋转中心按顺时针方向旋转,∴点C在以O为圆心,半径为4的圆上运动,
∴当点M在线段上时,有最小值,即此时有最小值,
∵,∴的最小值为,∴的最小值为3,故选A.
【点睛】本题主要考查了一点到圆上一点的最值问题,勾股定理,三角形中位线定理,坐标与图形,含30度角的直角三角形的性质等等,正确作出辅助线是解题的关键.
2.(2023·山东·统考中考真题)如图,在四边形中,,点E在线段上运动,点F在线段上,,则线段的最小值为 .
【答案】/
【分析】设的中点为O,以为直径画圆,连接,设与的交点为点,证明,可知点F在以为直径的半圆上运动,当点F运动到与的交点时,线段有最小值,据此求解即可.
【详解】解:设的中点为O,以为直径画圆,连接,设与的交点为点,
∵,∴,∴,
∵,∴,∴点F在以为直径的半圆上运动,
∴当点F运动到与的交点时,线段有最小值,
∵,∴,,∴,的最小值为,故答案为:.
【点睛】本题考查了平行线的性质,圆周角定理的推论,勾股定理等知识,根据题意分析得到点F的运动轨迹是解题的关键.
3.(2023·广东深圳·校考模拟预测)如图,在边长为6的等边中,点E在边上自A向C运动,点F在边上自C向B运动,且运动速度相同,连接交于点P,连接,在运动过程中,点P的运动路径长为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】过点A作于A,作于,连接,交于,证明,得,再证明,可得,确定点的运动路径是以点为圆心,以为半径的弧,再由弧长公式求解即可.
【详解】解:如图,过点A作于A,作于,连接,交于,
是等边三角形,,,,
,,,是的垂直平分线,,
在中,,,,
,,,
,,,
点的运动路径是以点为圆心,以为半径的弧,
点P的运动路径长为.故选:A.
【点睛】本题考查了等边三角形的性质和判定,扇形的面积,动点的运动轨迹等知识,确定点的运动轨迹是解本题的关键.
4.(2023上·湖北武汉·九年级校考阶段练习)如图,⊙O的半径为2,弦AB的长为2,点C是优弧AB上的一动点,BD⊥BC交直线AC于点D,当点C从△ABC面积最大时运动到BC最长时,点D所经过的路径长为 .
【答案】π
【分析】如图,以AB为边向上作等边三角形△ABF,连接OA,OB,OF,DF,OF交AB于H.说明点D的运动轨迹是以F为圆心,FA为半径的圆,再利用弧长公式求解即可.
【详解】如图,以AB为边向上作等边三角形△ABF,连接OA,OB,OF,DF,OF交AB于H.
∵FA=FB,OA=OB,∴OF⊥AB,AH=BH=,∴sin∠BOH=,
∴∠BOH=∠AOH=60°,∴∠AOB=120°∴∠C=∠AOB=60°,
∵DB⊥BC,∴∠DBC=90°,∴∠CDB=30°,
∵∠AFB=60°,∴∠ADB=∠AFB,∴点D的运动轨迹是以F为圆心,FA为半径的圆,
∵当点C从△ABC面积最大时运动到BC最长时,BC绕点B顺时针旋转了30°,
∴BD绕点B也旋转了30°,∴点D的轨迹所对的圆心角为60°,
∴运动路径的长,故答案为:.
【点睛】本题考查轨迹,垂径定理,等边三角形的性质,勾股定理,锐角三角函数等知识,解题的关键是学会用转化的思想思考问题,属于中考填空题中的压轴题.
定角定高问题
⭐技巧积累与运用
定角定高模型:如图,直线BC外一点A,A到直线BC距离为定值(定高AD),∠BAC为定角,则BC有最小值,即△ABC的面积有最小值。因为其形像探照灯,所以也叫探照灯模型。
条件:在△ABC中,∠BAC=(定角),AD是BC边上的高,且AD=h(定高)。
结论:当△ABC是等腰三角形(AB=AC)时,BC的长最小;△ABC的面积最小;△ABC的周长最小。
1.(23-24九年级上·江苏苏州·阶段练习)已知:如图,点O是直线l外一点,点O到直线l的距离是4,点A、点B是直线l上的两个动点,且cos∠AOB=,则线段AB的长的最小值为( )
A. B. C.3 D.4
【答案】D
【分析】法1:根据定角定高(探照灯)模型求解。
法2:如图,过点O作直线直线l,则直线l与直线之间的距离为4,作点B关于直线的对称点,连接,,交直线于点T,连接BT,过点A作AH⊥BT于H,过点T作TW⊥AB于W.首先证明当A,O,共线时,的值最小,此时AB的值最小,解直角三角形求出此时AB的值,可得结论.
【详解】法1:根据定角定高(探照灯)模型知道:当△OAB是等腰三角形(OA=OB)时,AB的长最小;
设三角形△OAB的高为h,其外接圆半径为r,根据定角定高(探照灯)模型易得:r+rcos∠AOB≥h,
当取等号时r有最小值,此时BC的长最小:2rsin∠AOB;
∵O到直线l的距离是4,且cos∠AOB=,∴r≥,sin∠AOB=,∴BC≥4。
法2:如图,过点O作直线直线l,则直线l与直线之间的距离为4,作点B关于直线的对称点,连接,,交直线于点T,连接BT,过点A作AH⊥BT于H,过点T作TW⊥AB于W.
在Rt△中,AB=,∴的值最小时,AB的值最小,
∵OA+OB=OA+≥,∴当A,O,共线时,的值最小,此时AB的值最小,
∵直线l'垂直平分线段,∴TB=,∴∠ =∠,
∵∠TBA+∠=90°,∠TAB+∠=90°,∴∠TAB=∠TBA,∴TA=TB,
∵cos∠AOB=cos∠ATB=,∴,∴可以假设TH=3k,AT=TB=5k,∴BH=TB-TH=2k,
∴AH==4k,∴AB=,
∵,∴,解得k=,
∴AB的最小值,故选:D.
【点睛】本题考查解直角三角形,轴对称最短问题,解题的关键是学会利用轴对称的性质添加辅助线,学会用转化的思想思考问题,属于选择题中的压轴题。
2.(2023·陕西渭南·二模)如图,在中,,边上的高为4,则周长的最小值为 .
【答案】
【分析】法1:根据定角定高(探照灯)模型求解。法2:作的垂直平分线,交于点N,交于点M,连接,则周长,当点D与点M重合时,周长,且为等边三角形,最后根据等边三角形的性质即可求解.
【详解】法1:设三角形△ABC的高为AD=h=4,其外接圆半径为r,
根据定角定高(探照灯)模型知:r+rcos≥h,即,
当取等号时r有最小值(即AB=AC时);r的最小值为:,BC的最小值为:,
此时△ABC是等腰三角形(AB=AC)时,△ABC的周长有最小值:.
法2:如图所示,作的垂直平分线,交于点N,交于点M,连接,
∵垂直平分,∴,
∴周长
∵在中,,∴,当点D与点M重合时,,
∴周长,∴周长的最小值,
∵,∴为等边三角形,∵为边上的高,,
∴,∴周长的最小值,故答案为:.
【点睛】本题主要考查了等边三角形的判定和性质,解直角三角形,解题的关键是正确作出辅助线,确定当周长最小时的情况.
3.(23-24·广东·九年级校考阶段练习)如图,在△ABC中,∠BAC=60°,AD⊥BC于点D,且AD=4,则△ABC面积的最小值为 .
【解析】作△ABC的外接圆⊙O,连接OA,OB,OC,过点O作OE⊥BC于点E,
∵∠BAC=60°,∴∠BOC=120°,∵OB=OC,∴∠OBC=∠OCB=30°,
设⊙O的半径为r,则OE=OB=r,BE=OB=r,∴BC=r,
∵OA+OE≥AD,∴r+r≥4,解得:r≥,∴BC≥,∴,
∴△ABC的面积的最小值为,故答案为:.
4.(23-24九年级上·广东深圳·阶段练习)【场景发现】小明晚上经过河边时,发现探照灯的照射光线都不是垂直于河边,而是有一个角度,为了寻找原因,小明将这一场景进行数学抽象化如图所示,
【模型迁移】在一个矩形院子安装一个摄像头,摄像头的监控角度为,若将摄像头安装在墙的处,,是摄像头与墙壁的交点,如图图所示,阴影部分为摄像头的盲区.
(1)假设探照灯的有效照射角度为,河宽米, 米的时候照射的面积最小,最小值为 ;
(2)若米,米,在线段是否存在点,当摄像头在点转动时,摄像头的盲区不变,若存在,等于多少,摄像头的盲区面积为多少?(3)在南北走向的马路上,工作人员要安装一个摄像角度为的摄像头,正好可以监控到整面墙面,以墙面的中点为为原点建立如图所示的坐标系,,马路距离墙面的最小距离为,请写出符合条件的摄像头的坐标.
【答案】(1),;(2),盲区的面积不会变化,为;(3),.
【分析】()作的外接圆,连接,,, 过点作于点,由不变, 要使面积最小则最小,当、、 共线时最小,的面积最小;
()设,则有盲区面积为,当摄像头转动的角度为时,盲区减少的面积为,增加的面积为,当盲区增加的面积与减少的面积相等时即可求解;
()以为直径以为圆心做圆, 交公路与点,,求出坐标即可.
【详解】(1)作的外接圆,连接,,, 过点作于点,
的面积,不变, 要使面积最小则最小,设圆的半径为,不变,
∴不变,,当最小时,最小, ,
∴当、、 共线时最小,的面积最小,此时,,,
故答案为:,;
(2)设,当摄像头如图所示,盲区面积为,
当摄像头转动的角度为时,盲区减少的面积为,增加的面积为,
当盲区增加的面积与减少的面积相等时,,
盲区的面积不会变化,此时,面积为初始面积等于,故,盲区的面积不会变化,为;
(3)以为直径以为圆心做圆, 交公路与点,, ∴坐标为,.
【点睛】此题考查了圆的有关性质和垂线段最短,熟练掌握圆的有关概念和性质是解题的关键.
米勒最大角问题
⭐技巧积累与运用
已知点A,B是∠MON的边ON上的两个定点,点C是边OM上的动点,则当C在何处时,∠ACB最大?对米勒问题在初中最值的考察过程中,也成为最大张角或最大视角问题。
米勒定理:已知点AB是∠MON的边ON上的两个定点,点C是边OM上的一动点,则当且仅当三角形ABC的外圆与边OM相切于点C时,∠ACB最大。
1.(2024·河南濮阳·一模)如图,三位同学站在以足球门为弦的圆上踢足球,点 都在圆上,小明站在 点,小强站在 点,小宁站在 点,对于小明、小强、小宁踢进足球球门,下列说法正确的是( )
A.小明踢进足球的可能性最大 B.小强踢进足球的可能性最大
C.小宁踢进足球的可能性最大 D.三位同学踢进足球的可能性一样大
【答案】D
【分析】本题考查了圆周角定理,解答本题的关键就是找到射门角,即射门点与球门两侧所成的角,且角越大,进球率越高.根据射门角越大,射门进球的可能性就越大.
【详解】解:因为点 都在圆上,故通过观察处的射门角相等;故三位同学踢进足球的可能性一样大.故选D.
2.(2024·江苏徐州·一模)如图,,,,点在上运动,当最大时,则的长度是( )
A.15 B.20 C. D.
【答案】D
【分析】本题考查了三点共圆,切线的判定,含的直角三角形,勾股定理,解题的关键是正确的作图,理解当P运动到圆上时,最大;过的中点Q作于P,由含的直角三角形的性质,可推出三点共圆,可证与圆Q相切于P,进而推出此时最大,再由勾股定理求解即可;
【详解】过的中点Q作于P,则,
Q是的中点,,,,
,,,,三点在以Q为圆心的圆上,
,与圆Q相切与P,此时最大,
在中,,故选:.
3.(2024·陕西西安·模拟预测)问题探究:(1)如图1,是的弦,直线与相交于点两点,是直线上异于点,的两个点,则、、的大小关系是______(用“”连接).(2)如图2,是的弦,直线与相切于点,点是直线上异于点的任意一点,请在图2中画出图形,试判断,的大小关系,并证明.
问题解决:(3)某儿童游乐场的平面图如图3所示,场所工作人员想在边上点处安装监控装置,用来监控边上的段,为了让监控效果最佳,必须要求最大.已知,米,米,问在上是否存在一点,使得最大,若存在,请求出此时的长和的度数,如果不存在,请说明理由.
【答案】(1) (2) (3),
【分析】(1)先利用三角形外角的性质得出 再利用同弧所对的圆周角相等得出即可得出结论;(2)先利用三角形外角的性质得出,再利用同弧所对的圆周角相等得出, 即可得出结论;(3)如图3中, 当经过的与相切于时, 的值最大,作于, 交于, 连接.设 ,用两种方法求出,构建方程即可解决问题.
【详解】(1)如图,延长 交于, 连接,
是的外角,,
,,故答案为:;
(2)画出图形如图所示, 证明: 连接,
是 的外角,,
,;
(3)如图中, 当经过的与相切于时, 的值最大,
作于, 交于,连接.设,
,,
,
,,,
,,
整理得:,,
或 (舍弃),,
,,,
,.
【点睛】此题是圆的综合题,主要考查了三角形外角的性质,同弧所对的圆周角的性质,解直角三角形,构造出直角三角形是解本题的关键.
1.(23-24九年级上·江苏无锡·阶段练习)如图,线段为的直径,点在的延长线上,,,点是上一动点,连接,以为斜边在的上方作,且使,连接,则长的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】本题考查了相似三角形的判定和性质、两圆的位置关系;作,使得,,则,,,由,推出,即(定长),由点是定点,是定长,点在半径为1的上,由此即可解决问题.
【详解】解:如图,作,使得,,则,,,
,,,,,
,即(定长),点是定点,是定长,点在半径为1的上,
,的最大值为,故选:C.
2.(2023上·江苏苏州·九年级校考阶段练习)如图,以为圆心,半径为2的圆与x轴交于A,B两点,与y轴交于C,D两点,点E为上一动点,作于点F.当点E从点B出发,顺时针旋转到点D时,点F所经过的路径长为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】连接,,,先由圆周角定理得到点F的运动轨迹是以为直径的圆上,且点O在圆上,进而得到当点E从点B出发,顺时针旋转到点D时,点F所经过的路径长为的长;根据勾股定理和锐角三角函数求得,,则所对的圆心角的度数为,利用弧长公式求得的长即可求解.
【详解】解:连接,,,∵,∴,
∴点F的运动轨迹是以为直径的圆上,且点O在圆上,当点E在点B处时,,点F与O重合;
当点E在点D处时,∵以为圆心,半径为2的圆与x轴交于A,B两点,与y轴交于C,D两点,
∴即,点F与A重合,
∴当点E从点B出发,顺时针旋转到点D时,点F所经过的路径长为的长;
∵,,,∴,
∵,∴,,
∴,则所对的圆心角的度数为,
∴的长为,即点F所经过的路径长为,故选:B.
【点睛】本题考查圆周角定理、解直角三角形、弧长公式、坐标与图形等知识,正确得到点F的运动轨迹以及点F所经过的路径长为的长是解答的关键.
3.(2023·四川自贡·统考中考真题)如图,分别经过原点和点的动直线,夹角,点是中点,连接,则的最大值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据已知条件,,得出的轨迹是圆,取点,则是的中位线,则求得的正弦的最大值即可求解,当与相切时,最大,则正弦值最大,据此即可求解.
【详解】解:如图所示,以为边向上作等边,过点作轴于点,则,
则的横坐标为,纵坐标为,∴,
取点,则是的中位线,∴,
∵,∴点在半径为的上运动,∵是的中位线,∴,
∴,当与相切时,最大,则正弦值最大,
在中,,
过点作轴,过点作于点,过点作于点, 则
∵与相切,∴,∴,
∴,∴,∴
设,,则∴∴
∴解得:∴
∴的最大值为,故选:A.
【点睛】本题考查了相似三角形的性质与判定,求正弦,等边三角形的性质。圆周角定理,得出点的轨迹是解题的关键.
4.(2024·广东·模拟预测)如图,已知正方ABCD的边长为6,圆B的半径为3,点P是圆B上的一个动点,则的最大值为_______.
【答案】
【解析】当P点运动到BC边上时,此时PC=3,根据题意要求构造,在BC上取M使得此时PM=,则在点P运动的任意时刻,均有PM=,从而将问题转化为求PD-PM的最大值.连接PD,对于△PDM,PD-PM<DM,故当D、M、P共线时,PD-PM=DM为最大值.
5.(2024·山东·模拟预测)如图,在中,,,,在以为圆心3为半径的圆上,则的最小值为 .
【解答】解:在上取点,使,,,
,,,,
在延长线上取,,则,
又,,,,
,
当为和圆的交点时最小,即最小,且值为,
,的最小值为,故答案为:.
6.(23-24九年级上·江苏无锡·期中)如图,是上任意一点,点在外,已知,是等边三角形,则的面积的最大值为
【答案】
【分析】本题主要考查等边三角形的性质,三角形面积的计算,找出点的位置变换是解题的关键.
如图所示,以为边作等边,连接,可证,可得,点在以点为圆心的圆上,且半径,过点作于点,即是的垂直平分线,当点在上其在点的上方时,的面积的最大值,根据等边三角形,含角的直角三角形的性质可求出,的值,根据三角形的面积即可求解.
【详解】解:如图所示,以为边作等边,连接,
∵是等边三角形,∴,
∵是等边三角形,∴,
∴,且,,∴,∴,
∴点在以点为圆心的圆上,且半径,过点作于点,即是的垂直平分线,当点在上其在点的上方时,的面积的最大值,
∴在中,,,,∴,
∴,且,∴,
∴,故答案为:.
7.(23-24九年级上·北京房山·期末)在平面直角坐标系中,为轴正半轴上一点.已知点,,是的外接圆.(1)点的横坐标为 ;(2)若最大时,则点的坐标为 .
【答案】
【分析】本题考查的是三角形的外接圆与外心、切线的性质、圆周角定理,根据圆周角定理得到当与轴相切于点时,最大是解题的关键.
(1)根据点、点的坐标求出的中点,根据外心的概念得到点的横坐标;
(2)连接,,,过点作于点,根据垂径定理求出,根据圆周角定理和等腰三角形可得,推出,得到当与轴相切于点时,最大,进而得到四边形是矩形,推出,,,根据勾股定理计算,即可得到答案.
【详解】(1)点,,的中点坐标为,
是的外接圆,点在的垂直平分线上,点的横坐标为,故答案为:;
(2)连接,,根据(1)可知点一定在直线上,
是的外接圆,为轴正半轴上,,,
如图,过点作于点,,,,
,,,
,当最小时,最大,即最大,即最大,
当,即当与轴相切于点时,最大,连接,
与轴相切于点,轴,四边形是矩形,,,
在中,,
,点的坐标为,故答案为:.
8.(2022·内蒙古·中考真题)如图,是的外接圆,为直径,若,,点从点出发,在内运动且始终保持,当,两点距离最小时,动点的运动路径长为______.
【答案】
【分析】根据题中的条件可先确定点P的运动轨迹,然后根据三角形三边关系确定CP的长最小时点P的位置,进而求出点P的运动路径长.
【详解】解:为的直径,
∴点P在以AB为直径的圆上运动,且在△ABC的内部,
如图,记以AB为直径的圆的圆心为,连接交于点,连接
∴当点三点共线时,即点P在点处时,CP有最小值,
∵∴ 在中,
∴∠∴∴两点距离最小时,点P的运动路径长为
【点睛】本题主要考查了直径所对圆周角是直角,弧长公式,由锐角正切值求角度,确定点P的路径是解答本题的关键.
9.(2023·成都市·九年级专题练习)如图所示,在扇形中,,,点是上的动点,以为边作正方形,当点从点移动至点时,求点经过的路径长.
【答案】点经过的路径长为.
【分析】如图,由此BO交⊙O于F,取的中点H,连接FH、HB、BD.易知△FHB是等腰直角三角形,HF=HB,∠FHB=90°,由∠FDB=45°=∠FHB,推出点D在⊙H上运动,轨迹是(图中红线),易知∠HFG=∠HGF=15°,推出∠FHG=150°,推出∠GHB=120°,易知HB=3,利用弧长公式即可解决问题.
【详解】解:如图,由此BO交⊙O于F,取的中点H,连接FH、HB、BD.
易知△FHB是等腰直角三角形,HF=HB,∠FHB=90°,
∵∠FDB=45°=∠FHB,∴点D在⊙H上运动,轨迹是(图中红线),
易知∠HFG=∠HGF=15°,∴∠FHG=150°,∴∠GHB=120°,易知HB=3,
∴点D的运动轨迹的长为=2π.
【点睛】本题考查轨迹、弧长公式、圆的有关知识、正方形的性质等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,正确寻找点D的运动轨迹,属于中考填空题中的压轴题.
10.(2024·山东济宁·一模)如图,抛物线与轴交于点、,且经过点.
(1)求抛物线的表达式;(2)在轴下方的抛物线上任取一点,射线、分别与抛物线对称轴交于点、,点关于轴的对称点为,求的面积;(3)点是轴上一动点,当最大时,请直接写出点的坐标.
【答案】(1)抛物线的表达式为(2)的面积为(3)
【分析】本题考查二次函数的综合应用,切线的性质,正确求出函数解析式,利用数形结合的思想进行求解是解题的关键.(1)待定系数法求函数解析式即可;(2)设抛物线的对称轴交轴于,设,求出的解析式求出点坐标,同法求出点坐标,再根据对称性求出坐标,利用三角形的面积公式进行求解即可;(3)当过三点的圆与轴相切时,最大,设,根据切线的性质,结合勾股定理进行求解即可.
【详解】(1)解:把、、代入得:
,解得,抛物线的表达式为;
(2)设抛物线的对称轴交轴于,如图:
抛物线与轴交于点、,抛物线的对称轴为直线,
,,设,
设的函数表达式为,把,,
代入得:,解得,的函数表达式为,
在中,令得,,同理可得,
关于轴的对称点坐标为,,
;的面积为;
(3)当的外接圆与轴相切时,切点即为使最大的点,如图:
轴,设,则,,,,
,,,
,,解得(不符合题意,舍去)或,
,.
1.(2024·重庆·模拟预测)正方形ABCD中,AB=2,点M是BC中点,点P是正方形内一点,连接PC,PM,当点P移动时,始终保持∠MPC=45°,连接BP,点E,F分别是AB,BP中点,求3BP+2EF的最小值为 .
【答案】2
【分析】根据题意连接AP可得EF为中位线,将所求3BP+2EF转化为3(PB+PA),始终保持∠MPC为45°,可知P轨迹是圆弧,并找到圆心为O,连接OA,在OA上取N使得ON=OP,构造出△OPN∽△OAP,由此可将3(PB+PA)转化为3(PB+PN),利用两点之间线段最短,计算出3BN的值即可.
【详解】根据条件始终保持∠MPC=45°,所以点P的轨迹为圆弧,设圆心为O,如图1:
∵正方形ABCD中AB=,M为中点∴CM=BM=,∵∠MPC=45°∴半径为1
作辅助线:连接OA,在OA上取N使得ON=OP,连接AP,OP,PN,如图2:
根据题意正方形对角线AC=4,所以OA=3=3OP,∴,∠NOP=∠AOP∴△OPN∽△OAP
∴即PN=PA∴3BP+2EF=3BP+AP=3(BP+AP)=3(BP+PN)
连接BN,交圆弧于P点,此时B、P、N三点共线,即BP+PN取得最小值,过G作NG⊥BC交BC于G,如图所示:∵CN=OC+CN=1+=,∴NG=CG=,∴BG=,根据勾股定理可得,BN=,
∴3BP+2EF=3(BP+PN)=3BN=.故答案为:.
【点睛】本题属于圆的综合题,结合了相似三角形,动点轨迹,最短距离以及圆的相关知识,属于压轴题,学生必须熟练掌握构造相似三角形的方法,并找到动点轨迹为圆弧,再结合最短距离求解本题.
2.(2024.江苏九年级期中)如下图,在正方形中,,点是以为直径的圆上的点,连接,将线段绕点逆时针旋转,得到线段,连接,则线段的最大值与最小值的和 .
【答案】
【分析】连接、,将绕点逆时针旋转,得到线段,连接,根据旋转的性质得出,进而可得点在以为圆心,为半径的圆上运动,则线段的最大值与最小值的和为,进而勾股定理求得的长,即可求解.
【详解】解:如图所示,连接、,将绕点逆时针旋转,得到线段,连接,
∵线段绕点逆时针旋转,绕点逆时针旋转,
∴,,∴,
∴, ∴∴则点在以为圆心,为半径的圆上运动,
∴线段的最大值与最小值的和为
在中, ∴,
如图所示,过点作交的延长线于点,过点作于点,
则四边形是矩形,∴,
在与中,,∴
∴,,在中,,
∴线段的最大值与最小值的和为
3.(2023·广东清远·统考三模)如图,在,,E为边上的任意一点,把沿折叠,得到,连接.若,,则的最小值为 .
【答案】4
【分析】本题考查翻折变换,最短路线问题,勾股定理,先确定点的运动路线,并确定最小时点所在位置,再求出的长度即可.确定点的运动路线是解题的关键.
【详解】解:∵沿折叠,得到,∴,
∴点F在以B为圆心6为半径的圆上,设以B为圆心6为半径的圆与交于点,
则,的最小值为的长;
在中,∵,,∴,
∴,∴的最小值为4,故答案为:4.
4.(2023·陕西西安·校考二模)如图,在四边形ABCD中,AB=AD=CD=4,AD∥BC,∠B=60°,点E、F分别为边BC、CD上的两个动点,且∠EAF=60°,则△AEF的面积的最小值是 .
【答案】
【分析】作辅助线,构建△AME≌△AFE,将△ADF绕点A顺时针旋转120°到△ABM,根据角的关系证明M、B、E共线,再证明△FAE≌△MAE,则∠MEA=∠FEA,过A作AH⊥BC于H,作AK⊥EF于K,根据角平分线的性质可知:AH=AK=2,作△AEF的外接圆⊙O,由同弧所对的圆心角是圆周角的二倍得:∠NOF=60°,设EF=2x,则NF=x,根据OA+ON≥AK,列式为x≥2,则x≥2,可得△AEF面积的最小值是4.
【详解】如图,将△ADF绕点A顺时针旋转120°到△ABM,
由旋转得:BM=DF,AM=AF,∠ABM=∠D=120°,∠MAB=∠FAD,
∵∠ABC=60°,∴∠ABM+∠ABC=180°,∴M、B、E共线,
∵∠MAE=∠MAB+∠BAE=∠FAD+∠BAE=60°,
∠EAF=60°,AE=AE,∴△FAE≌△MAE(SAS),∴∠MEA=∠FEA,
过A作AH⊥BC于H,作AK⊥EF于K,∴AH=AK=AB•sin60°=2,
作△AEF的外接圆⊙O,连接OA、OE、OF,过O作ON⊥EF于N,
∵∠EAF=60°,∴∠EOF=120°,∴∠NOF=60°,设EF=2x,则NF=x,
Rt△ONF中,ON=x,OF=x,∴ON+OA=OF+ON=x,
∵OA+ON≥AK,∴x≥2,∴x≥2,
∴S△AEF==2x≥4,∴△AEF面积的最小值是4.
【点睛】本题是四边形的综合题,考查了角平分线的性质、等边三角形、三角形和四边形的面积、三角形全等的性质和判定、直角三角形的性质、轴对称的最短路径问题等知识,确定其最值时动点的位置是解题的关键.
5.(2023·重庆·校考三模)问题探究:(1)如图①,已知在△ABC中,∠B=∠C=30°,BC=6,则S△ABC= .(2)如图②,已知四边形ABCD中,∠ABC+∠ADC=180°,AD=DC,BD=4,请求出四边形ABCD面积的最大值.
问题解决(3)如图③,某小区有一个四边形花坛ABCD,AD∥BC,AB=AD=CD=15m,∠B=∠C=60°.为迎接“十四运”,园艺师将花坛设计成由两种花卉构成的新造型,根据造型设计要求,点E、F分别在边BC、CD上,且∠EAF=60°,现需要在△AEF的区域内种植甲种花卉,其余区域种植乙种花卉.已知种植甲种花卉每平方米需200元,乙种花卉每平方米需160元.试求按设计要求,完成花卉种植至少需费用多少元?(结果保留整数,参考数据:≈1.7)
【答案】(1);(2)16;(3).
【分析】(1)过点A作于点D,根据等腰三角形的性质求出,利用正弦求出,再根据三角形面积公式即可求解; (2)因为, 四点共圆,所以当BD是直径时,四边形ABCD的面积最大,此时,由勾股定理可得 ,因为四边形 ,所以,当 时,四边形ABCD是正方形,由不难求出,进而求得四边形ABCD的最大面积;(3) 因为甲种花卉贵,所以若费用最少,则甲种花卉种植面积最小,最小时,将绕A顺时针旋转到,可证得三点共线,通过证明,得,过点A作过点A作于K,求得,作的外接圆,连接 ,过点作于点N,通过过得 面积的最小值为, 再通过求求得乙种花卉的种植面积为 ,最后根据甲乙两种花卉每平方米的价格求出至少种植两种花卉的费.
【详解】解:(1)如图①,过点作于点D,
,是等腰三角形,,
,,故答案为:
(2),四点共圆,
当为直径时,最大,此时 ,,
,由勾股定理, ,
时,四边形是正方形,最大,,
, 的最大值=,
(3)如图③
甲种花卉贵,若费用最少,则甲种花卉种植面积最小,最小时,将绕A顺时针旋转到,由旋转可得
三点共线,
,,
过点A作过点A作于K,,
作的外接圆,连接 ,过点作于点N,
设
在中,,,
, ,,
,面积的最小值为
且
,
乙种花卉的种植面积为
种四花卉花费:元,种乙花卉花费:元,
至少花费元.
【点睛】本题是一道四边形的综合题,考查了等腰三角形的性质,三角形全等的判定和性质,三角函数,正方形的性质和判定,直径所对的圆周角是直角,三角形和四边形的面积问题等知识,利用四点共圆及图形的旋转变换是解决本题的关键.
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