内容正文:
专题15 最值模型之将军饮马模型、将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型
目录
1
模型1.最值模型之将军饮马模型双线段和的最小值 1
模型2.最值模型之将军饮马模型双线段差的最大值 5
模型3.最值模型之将军饮马多线段和的最值模型 8
模型4.最值模型之将军遛马模型 12
模型5.最值模型之将军造桥(过桥)模型 15
18
模型1.最值模型之将军饮马模型双线段和的最小值
条件:A,B为定点,m为定直线,P为直线m上的一个动点,求AP+BP的最小值。
模型(1)点A、B在直线m两侧: 模型(2)点A、B在直线同侧:
模型(1)点A、B在直线m两侧: 模型(2)点A、B在直线同侧:
图(1) 图(2)
模型(1):如图(1),连结AB,根据两点之间线段最短,AP+BP的最小值即为:线段AB的长度。
模型(2):如图(2),作点A关于定直线m的对称点A’,连结A’B,根据两点之间线段最短,AP+BP的最小值即为:线段A’B的长度。
例1.(2024·贵州贵阳·模拟预测)如图,在正方形中、,点E在边上,且,点P是对角线上的动点,则的最小值为 .
例2.(2023·山东青岛·一模)如图,抛物线与轴交于,两点,其中点的坐标为,与轴交于点,点在抛物线上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)抛物线的对称轴上有一动点,求出的最小值;
(3)若抛物线上有一动点,使的面积为6,求点的坐标.
模型2.最值模型之将军饮马模型双线段差的最大值
条件:A,B为定点,m为定直线,P为直线l上的一个动点,求|AP-BP|的最大值。
模型(1):点A、B在直线m同侧: 模型(2):点A、B在直线m异侧:
图(1) 图(2)
模型(1):如图(1),延长AB交直线m于点P,当A、B、P不共线时,根据三角形三边关系,有:|P’A-P’B|<AB,当A、B、P共线时,有|PA-PB|=AB,故|PA-PB|≤AB,即|AP-BP|的最大值即为:线段AB的长度。
模型(2):如图(2),作点B作关于直线m的对称点B’,连接AB’交直线m于点P,此时PB=PB’。
当A、B、P不共线时,根据三角形三边关系,有:|P’A-P’B|=|P’A-P’B’|<AB’,
当A、B、P共线时,有|PA-PB|=|PA-PB’|=AB’,故|PA-PB|≤AB’,即|AP-BP|的最大值即为:线段AB’的长度。
例1.(2024·河南南阳·一模)如图,已知△ABC为等腰直角三角形,AC=BC=6,∠BCD=15°,P为直线CD上的动点,则|PA-PB|的最大值为____.
例2.(2024·陕西渭南·二模)如图,在菱形中,为边中点,而点在边上,为对角线所在直线上一动点,已知,,且,则的最大值为 .
例3.(23-24八年级下·山东聊城·期中)如图,在正方形中,,与交于点,是的中点,点在边上,且为对角线上一点,则的最大值为 .
模型3.最值模型之将军饮马多线段和的最值模型
模型(1):两定点+两动点
条件:A,B为定点,在直线m、n上分别找两点P、Q,使PA+PQ+QB最小。
两个点都在直线外侧(图1-1);内外侧各一点(图1-2);两个点都在内侧(图1-3)
图1-1 图1-1 图1-1 图2
模型(2):一定点+两动点
条件:如图2,A为定点,在直线m、n上分别找两点P、Q,使三角形APQ的周长(AP+PQ+QA)最小。
图1-1 图1-1 图1-1 图2
模型(1-1)(两点都在直线外侧型)
如图(1-1),连结AB,根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段AB的长度。
模型(1-2)(直线内外侧各一点型)
如图(1-2),作点B关于定直线n的对称点B’,连结AB’,根据对称得到:QB=QB’,故PA+PQ+QB=PA+PQ+QB’,
根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段AB’的长度。
模型(1-3)(两点都在直线内侧型)
如图(1-3),作点B关于定直线n的对称点B’,作点A关于定直线m的对称点A’,连结A’B’,
根据对称得到:QB=QB’,PA=PA’,故PA+PQ+QB=PA’+PQ+QB’,
根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段A’B’的长度。
模型(2):如图(2),作点A分别关于定直线m、n的对称点A’、A’’,连结A’B,
根据对称得到:QA=QA’,PA=PA’’,故故PA+PQ+QA=PA’’+PQ+QA’,
再利用“两点之间线段最短”,得到PA+PQ+QA的最小值即为:线段A’A’’的长度。
例1.(2025·湖南娄底·模拟预测)如图,在等边三角形中,,D、E是边上的三等分点,点M、N分别在边,上运动,则四边形周长的最小值是 .
例2.(2024·吉林长春·三模)如图,在平面直角坐标系中,抛物线与轴交于点,与轴的一个交点为点,点在抛物线对称轴左侧,线段CD在对称轴上,,则四边形周长的最小值为 .
模型4.最值模型之将军遛马模型
将军遛马模型:已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ间长度恒定,在直线m上要求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
点A、B在直线m异侧(图1-1);点A、B在直线m同侧 (图1-2);
图1-1 图1-2
将军遛马模型(异侧型):如图1-1,过A点作AC∥m,且AC=PQ,连接BC,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。
∵PQ为定值,∴求PA+PQ+QB的最小值,即求PA+QB的最小值+PQ。
∵AC∥m,AC=PQ,得到四边形APQC为平行四边形,故AP=QC。∴PA+QB=QC+QB,
再利用“两点之间线段最短”,可得PA+QB的最小值为CB,故PA+PQ+QB的最小值=PQ+CB.
图1-1 图1-2
将军遛马模型(同侧型):如图1-2,过A点作AE∥m,且AE=PQ,作B关于m的对称点B’,连接B’E,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。
∵PQ为定值,∴求PA+PQ+QB的最小值,即求PA+QB的最小值+PQ。
∵AE∥m,AE=PQ,得到四边形APQE为平行四边形,故AP=QE。∴PA+QB=QE+QB,
根据对称,可得QB’=QB,即QE+QB=QE+QB’,
再利用“两点之间线段最短”,可得QE+QB’的最小值为EB’,故PA+PQ+QB的最小值=PQ+EB’。
例1.(2024·湖北武汉·模拟预测)如图,是菱形的对角线,,点E,F是AC上的动点,且,若,则的最小值为 .
例2.(2024·四川广安·二模)如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值为 .
模型5.最值模型之将军造桥(过桥)模型
将军造桥(过桥)模型:已知,如图2,将军在图中点A处,现要过河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短?(即:AM+MN+NB的值最小)。
图2-1 图2-2
将军造桥(过桥)模型:如图2-2,过A点作AA’∥MN,且AA’=MN,连接A’B,
∵AA’∥MN,且AA’=MN ∴四边形APQC为平行四边形,故AM=A’N,
∵MN为定值,∴求AM+MN+NB的最小值,即求AM+NB的最小值+MN。
再利用“两点之间线段最短”,可得AM+NB的最小值为A’B,故AM+MN+NB的最小值=A’B+MN。
例1.(23-24八年级下·福建漳州·期中)河的两岸成平行线,A,B是位于河两岸的两个车间(如图),要在河上造一座桥,使桥垂直于河岸,并且使A,B间的路程最短.确定桥的位置的方案如下:作从A到河岸的垂线,分别交河岸,于F,G.在上取,连接,交于D.在D处作到对岸的垂线,那么就是造桥的位置,请你对方案可行性给出证明.
例2.(2023.山东中考二模)如图,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0),经过点A(-1,0),B(3,0),C(0,3)三点.(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;(2)连接AC、BC,N为抛物线上的点且在第四象限,当S△NBC=S△ABC时,求N点的坐标;(3)在(2)问的条件下,过点C作直线l∥x轴,动点P(m,3)在直线l上,动点Q(m,0)在x轴上,连接PM、PQ、NQ,当m为何值时,PM+PQ+QN最小,并求出PM+PQ+QN的最小值.
一、单选题
1.(24-25九年级上·浙江宁波·开学考试)如图,的半径为,点是半圆上的一个三等分点,点是的中点,是直径上的一个动点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
2.(24-25八年级上·陕西渭南·期中)如图,直线与两坐标轴分别交于,两点,点是的中点,点,分别是直线,轴上的动点,则的周长的最小值是( )
A. B. C. D.
3.(2024·广东深圳·三模)如图,在等腰中,,,为的中点,为上一点,且,是上两动点,且,则的最小值为( )
A.8 B. C. D.10
4.(2024·贵州安顺·二模)如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值是( )
A. B.4 C. D.
二、填空题
5.(2023·江西抚州·二模)如图,正方形的边长为,的平分线交于点.若点,分别是和上的动点,则的最小值是 .
6.(2024·湖南·模拟预测)如图,在矩形中,分别是上的点(点分别不与点重合),且,则的最小值为 .
7.(2025·湖南娄底·模拟预测)如图,在边长为5的正方形中,点E在线段中运动,点F在射线上运动,其中,连接、,则的最小值为 .
8.(24-25九年级上·山东淄博·期末)如图,抛物线与y轴交于点A,与x轴交于B,C两点,点A关于抛物线对称轴的对称点为点D,点E在y轴上,点F在以C为圆心,半径为的圆上,则取得最小值是 .
三、解答题
9.(2024·山东济南·三模)如图,抛物线M过点,与x轴交于点A和点B(点A在点B左侧),与y轴交于点C,顶点D的坐标为.
(1)求抛物线M的表达式和点A的坐标;
(2)点F是线段上一动点,求周长的最小值;
(3)平移抛物线M得到抛物线N,已知抛物线N过点D,顶点为P,其对称轴与抛物线M交于点Q,若,直接写出点P的坐标.
10.(2024·陕西咸阳·模拟预测)【问题探究】
(1)如图①,点P是等边内一点,,,,则的度数为______;
【类比迁移】
(2)如图②,若点P是正方形内一点,,,,求的长;
【拓展应用】
(3)如图③,某公园有一块矩形水池,米,米,为方便观赏游玩,工作人员计划在水池内P,Q两点处增加亭台,连接,且,怎样选择点P和点Q的位置,可以使最小?并求出的最小值.
11.(2024·福建泉州·模拟预测)平面直角坐标系中,点、都是x轴负半轴上的点,以为一边向上作矩形,矩形另一边,点E为线段上一点,沿直线折叠边,使点D落在x轴上点F处.
(1)求点F的坐标(用含m的式子表示);
(2)如图2,设抛物线经过A、E两点,其顶点为M,
①连接,若是直角三角形,求m的值.
②过点E作x轴的垂线,在直线上截取线段(P在Q上方),当在直线上运动时,求四边形周长的最小值.
12.(24-25八年级上·河南郑州·期中)“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”.这里包含了一个有趣的数学问题,通常称之为“将军饮马”.
【问题描述】
如图,在直线上找一点使得最小?
【问题解决】
作点关于直线的对称点,连接,则,所以,当、、三点共线的时候,,此时为最小值(两点之间线段最短)
【应用模型】
(1)如图,在中,,,点在边上,且,点为的中点,点为边上的动点,当点在上移动时,则四边形周长的最小值为_____.
(2)如图,长方形中,,,点、、、分别在矩形各边上,且,,求四边形周长的最小值?
【拓展延伸】
如图,已知正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,定点的坐标为,为轴上的一个动点,、为函数的图象上的两个动点,则的最小值为_____.
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专题15 最值模型之将军饮马模型、将军遛马模型与将军过桥(造桥)模型
目录
1
模型1.最值模型之将军饮马模型双线段和的最小值 1
模型2.最值模型之将军饮马模型双线段差的最大值 5
模型3.最值模型之将军饮马多线段和的最值模型 8
模型4.最值模型之将军遛马模型 12
模型5.最值模型之将军造桥(过桥)模型 15
18
模型1.最值模型之将军饮马模型双线段和的最小值
条件:A,B为定点,m为定直线,P为直线m上的一个动点,求AP+BP的最小值。
模型(1)点A、B在直线m两侧: 模型(2)点A、B在直线同侧:
模型(1)点A、B在直线m两侧: 模型(2)点A、B在直线同侧:
图(1) 图(2)
模型(1):如图(1),连结AB,根据两点之间线段最短,AP+BP的最小值即为:线段AB的长度。
模型(2):如图(2),作点A关于定直线m的对称点A’,连结A’B,根据两点之间线段最短,AP+BP的最小值即为:线段A’B的长度。
例1.(2024·贵州贵阳·模拟预测)如图,在正方形中、,点E在边上,且,点P是对角线上的动点,则的最小值为 .
【答案】10
【知识点】根据成轴对称图形的特征进行求解、根据正方形的性质求线段长、用勾股定理解三角形
【分析】本题考查了利用轴对称的性质求最短路径问题,正方形的性质,勾股定理等知识,解决问题的关键是找出最小时,点的位置.
连接,交于,连接,当点在处时,最小,最小值是的长,进一步得出结果.
【详解】解:连接,交于,连接,如图,
四边形是正方形,
,,点B与点D关于对称,
∴,
当点在处时,最小,最小值的长,
,
,
,
的最小值为10,
故答案为:10.
例2.(2023·山东青岛·一模)如图,抛物线与轴交于,两点,其中点的坐标为,与轴交于点,点在抛物线上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)抛物线的对称轴上有一动点,求出的最小值;
(3)若抛物线上有一动点,使的面积为6,求点的坐标.
【答案】(1)
(2)
(3)或或或
【知识点】面积问题(二次函数综合)、线段周长问题(二次函数综合)、待定系数法求二次函数解析式
【分析】本题是二次函数综合题,考查待定系数法确定二次函数解析式、将军饮马最值问题、面积问题,解题关键是熟练掌握待定系数法求抛物线解析式,学会利用对称解决最短问题,用方程的思想去思考问题.
(1)把、两点坐标代入二次函数,解方程组即可解决;
(2)利用轴对称找到点,用勾股定理即可解决;
(3)根据三角形面积公式,列出方程即可解决.
【详解】(1)解:二次函数的图象经过,,
,
解得:,
二次函数解析式为;
(2)解:抛物线的对称轴为直线,,,
、关于抛物线的对称轴为直线对称,
,
当、、共线时,最小,
连接与对称轴的交点就是点,
此时,
的最小值为;
(3)解:设点坐标,
令,,
解得:或1,
点坐标,
,
,
,
,
或,
或或或,
点的坐标为或或或.
模型2.最值模型之将军饮马模型双线段差的最大值
条件:A,B为定点,m为定直线,P为直线l上的一个动点,求|AP-BP|的最大值。
模型(1):点A、B在直线m同侧: 模型(2):点A、B在直线m异侧:
图(1) 图(2)
模型(1):如图(1),延长AB交直线m于点P,当A、B、P不共线时,根据三角形三边关系,有:|P’A-P’B|<AB,当A、B、P共线时,有|PA-PB|=AB,故|PA-PB|≤AB,即|AP-BP|的最大值即为:线段AB的长度。
模型(2):如图(2),作点B作关于直线m的对称点B’,连接AB’交直线m于点P,此时PB=PB’。
当A、B、P不共线时,根据三角形三边关系,有:|P’A-P’B|=|P’A-P’B’|<AB’,
当A、B、P共线时,有|PA-PB|=|PA-PB’|=AB’,故|PA-PB|≤AB’,即|AP-BP|的最大值即为:线段AB’的长度。
例1.(2024·河南南阳·一模)如图,已知△ABC为等腰直角三角形,AC=BC=6,∠BCD=15°,P为直线CD上的动点,则|PA-PB|的最大值为____.
【答案】6
【分析】作A关于CD的对称点A′,连接A′B交CD于P,则点P就是使|PA-PB|的值最大的点,|PA-PB|=A′B,连接A′C,根据等腰直角三角形的性质得到∠CAB=∠ABC=45°,∠ACB=90°,根据角的和差关系得到∠ACD=75°,根据轴对称的性质得到A′C=AC=BC,∠CA′A=∠CAA′=15°,推出△A′BC是等边三角形,根据等边三角形的性质即可得到结论.
【详解】如图,作A关于的对称点,连接并延长交延长线于点P,则点P就是使的值最大的点,,连接,
∵为等腰直角三角形,,∴,,
∵,∴,∵点A与A′关于CD对称,
∴CD⊥AA′,,,∴,
∵AC=BC,∴,,∴,
∵,∴,∴是等边三角形,∴.故答案为:6
【点睛】此题主要考查轴对称--最短路线问题,等腰直角三角形的性质,等边三角形的判定和性质,正确的作出图形是解题的关键.
例2.(2024·陕西渭南·二模)如图,在菱形中,为边中点,而点在边上,为对角线所在直线上一动点,已知,,且,则的最大值为 .
【答案】
【分析】本题考查菱形的性质,轴对称中最值问题,勾股定理.取的中点,连接,易得,故,即当共线时,最大,作于,先后求出,最后用勾股定理求即可.
【详解】解:如图,取的中点,连接,四边形是菱形
在和中
连接 当共线时,最大,图中处
作于
.即的最大值为.
例3.(23-24八年级下·山东聊城·期中)如图,在正方形中,,与交于点,是的中点,点在边上,且为对角线上一点,则的最大值为 .
【答案】
【分析】本题考查了正方形的性质,平行线分线段成比例定理,等腰直角三角形的判定与性质,最值问题等,熟练掌握和灵活运用相关知识是解题的关键.以为对称轴作N的对称点,连接,根据对称性质可知,,由此可得,当三点共线时,取“”,此时即的值最大,由正方形的性质求出的长,继而可得,,再证明,可得,,判断出为等腰直角三角形,求得长即可得答案.
【详解】解:如图,以为对称轴作N的对称点,连接,
根据轴对称性质可知,,∴,当三点共线时,取“”,
∵在正方形中,,,∴,∵O为中点,∴,
∵N为中点,∴,∴,∴,
∵,∴,∴,
∴,∴,∵,
∴为等腰直角三角形,∴,故答案为:2.
模型3.最值模型之将军饮马多线段和的最值模型
模型(1):两定点+两动点
条件:A,B为定点,在直线m、n上分别找两点P、Q,使PA+PQ+QB最小。
两个点都在直线外侧(图1-1);内外侧各一点(图1-2);两个点都在内侧(图1-3)
图1-1 图1-1 图1-1 图2
模型(2):一定点+两动点
条件:如图2,A为定点,在直线m、n上分别找两点P、Q,使三角形APQ的周长(AP+PQ+QA)最小。
图1-1 图1-1 图1-1 图2
模型(1-1)(两点都在直线外侧型)
如图(1-1),连结AB,根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段AB的长度。
模型(1-2)(直线内外侧各一点型)
如图(1-2),作点B关于定直线n的对称点B’,连结AB’,根据对称得到:QB=QB’,故PA+PQ+QB=PA+PQ+QB’,
根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段AB’的长度。
模型(1-3)(两点都在直线内侧型)
如图(1-3),作点B关于定直线n的对称点B’,作点A关于定直线m的对称点A’,连结A’B’,
根据对称得到:QB=QB’,PA=PA’,故PA+PQ+QB=PA’+PQ+QB’,
根据两点之间线段最短,PA+PQ+QB的最小值即为:线段A’B’的长度。
模型(2):如图(2),作点A分别关于定直线m、n的对称点A’、A’’,连结A’B,
根据对称得到:QA=QA’,PA=PA’’,故故PA+PQ+QA=PA’’+PQ+QA’,
再利用“两点之间线段最短”,得到PA+PQ+QA的最小值即为:线段A’A’’的长度。
例1.(2025·湖南娄底·模拟预测)如图,在等边三角形中,,D、E是边上的三等分点,点M、N分别在边,上运动,则四边形周长的最小值是 .
【答案】5
【知识点】等边三角形的性质、根据成轴对称图形的特征进行求解
【分析】作D点关于的对称点、E点关于的对称点,连接分别与和交于和,则当M点运动至点、N点运动至点时,的最小值为,此时四边形的周长最小,分别作、,由对称及等边易知和均为等边三角形,由此可求解出的长度,进而求解四边形的周长.
【详解】解:作D点关于的对称点、E点关于的对称点,连接分别与和交于和,则当M点运动至点、N点运动至点时,的最小值为,此时四边形的周长最小,
∵三角形是等边三角形,
∴由对称性得:,,
∵D、E是边上的三等分点,
∴
∴,
∴和时等边三角形,
分别作、,
∵、,
∴,
∴四边形时矩形
∴
∴,
故答案为:5.
【点睛】本题考查轴对称最小距离问题,解题的关键是作出最短距离点.
例2.(2024·吉林长春·三模)如图,在平面直角坐标系中,抛物线与轴交于点,与轴的一个交点为点,点在抛物线对称轴左侧,线段CD在对称轴上,,则四边形周长的最小值为 .
【答案】
【分析】本题考查了二次函数的几何综合,平行四边形的判定与性质,勾股定理,两点之间线段最短,正确掌握相关性质内容是解题的关键.先得点的坐标和再证明四边形是平行四边形,得出,结合两点之间线段最短,故四边形的周长是,运用两点距离公式列式计算,得出,代入计算即可作答.
【详解】解:∵抛物线与轴交于点,与轴的一个交点为点,
∴当时,∴点的坐标是,当时,则,∴,
设抛物线与轴的另外一个交点为M,∴∴对称轴;则
过点M作轴,且,
∵轴,线段CD在对称轴上,∴
∵∴四边形是平行四边形∴
连接与对称轴相交于一点,即为点D的位置,再连接
∵对称轴,线段CD在对称轴上,
∴∴ 此时四边形周长有最小值
即
∵∴则则
∴四边形周长的最小值为故答案为:
模型4.最值模型之将军遛马模型
将军遛马模型:已知A、B是两个定点,P、Q是直线m上的两个动点,P在Q的左侧,且PQ间长度恒定,在直线m上要求P、Q两点,使得PA+PQ+QB的值最小。
点A、B在直线m异侧(图1-1);点A、B在直线m同侧 (图1-2);
图1-1 图1-2
将军遛马模型(异侧型):如图1-1,过A点作AC∥m,且AC=PQ,连接BC,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。
∵PQ为定值,∴求PA+PQ+QB的最小值,即求PA+QB的最小值+PQ。
∵AC∥m,AC=PQ,得到四边形APQC为平行四边形,故AP=QC。∴PA+QB=QC+QB,
再利用“两点之间线段最短”,可得PA+QB的最小值为CB,故PA+PQ+QB的最小值=PQ+CB.
图1-1 图1-2
将军遛马模型(同侧型):如图1-2,过A点作AE∥m,且AE=PQ,作B关于m的对称点B’,连接B’E,交直线m于Q,Q向左平移PQ长,即为P点,此时P、Q即为所求的点。
∵PQ为定值,∴求PA+PQ+QB的最小值,即求PA+QB的最小值+PQ。
∵AE∥m,AE=PQ,得到四边形APQE为平行四边形,故AP=QE。∴PA+QB=QE+QB,
根据对称,可得QB’=QB,即QE+QB=QE+QB’,
再利用“两点之间线段最短”,可得QE+QB’的最小值为EB’,故PA+PQ+QB的最小值=PQ+EB’。
例1.(2024·湖北武汉·模拟预测)如图,是菱形的对角线,,点E,F是AC上的动点,且,若,则的最小值为 .
【答案】
【知识点】用勾股定理解三角形、利用平行四边形的判定与性质求解、利用菱形的性质求线段长、利用平移解决实际问题
【分析】本题考查了建桥选址问题,利用平移,将两条线段和转化为折线段的长是解题的关键.
连接交于,以,为邻边作平行四边形,则,,所以,即的最小值.
【详解】解:如图所示,连接交于,以,为邻边作平行四边形,
,,
,
,,
,
∵在菱形中,,
∴是等边三角形,
∴,
,
∵在菱形中,,
∴在中,,
∴,
,
,
四边形是菱形,
,
,
,
.
即的最小值为.
故选:D.
例2.(2024·四川广安·二模)如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值为 .
【答案】
【分析】本题主要考查了坐标与图形的性质,平行四边形的判定与性质,轴对称最短路线问题.在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,作点关于直线的对称点,则,即、、三点共线时,最小值为的长.
【详解】解:如图,在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,
∵点,,,,,
作点关于直线的对称点,,,
,即、、三点共线时,最小值为的长,
在中,由勾股定理得,∴的最小值为,故答案为:.
模型5.最值模型之将军造桥(过桥)模型
将军造桥(过桥)模型:已知,如图2,将军在图中点A处,现要过河去往B点的军营,桥必须垂直于河岸建造,问:桥建在何处能使路程最短?(即:AM+MN+NB的值最小)。
图2-1 图2-2
将军造桥(过桥)模型:如图2-2,过A点作AA’∥MN,且AA’=MN,连接A’B,
∵AA’∥MN,且AA’=MN ∴四边形APQC为平行四边形,故AM=A’N,
∵MN为定值,∴求AM+MN+NB的最小值,即求AM+NB的最小值+MN。
再利用“两点之间线段最短”,可得AM+NB的最小值为A’B,故AM+MN+NB的最小值=A’B+MN。
例1.(23-24八年级下·福建漳州·期中)河的两岸成平行线,A,B是位于河两岸的两个车间(如图),要在河上造一座桥,使桥垂直于河岸,并且使A,B间的路程最短.确定桥的位置的方案如下:作从A到河岸的垂线,分别交河岸,于F,G.在上取,连接,交于D.在D处作到对岸的垂线,那么就是造桥的位置,请你对方案可行性给出证明.
【答案】见解析.
【知识点】利用平行四边形的判定与性质求解、根据成轴对称图形的特征进行求解
【分析】本题考查轴对称-最短问题,解题的关键是学会利用轴对称以及平行四边形的性质解决最短问题. 证明四边形为平行四边形得,可得,进而可说明方案可行.
【详解】解:,,
.
,
,
四边形为平行四边形,
.
根据两点之间线段最短可知,
.
与河岸垂直,为定值,
当时,路径最短.
例2.(2023.山东中考二模)如图,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0),经过点A(-1,0),B(3,0),C(0,3)三点.(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;(2)连接AC、BC,N为抛物线上的点且在第四象限,当S△NBC=S△ABC时,求N点的坐标;(3)在(2)问的条件下,过点C作直线l∥x轴,动点P(m,3)在直线l上,动点Q(m,0)在x轴上,连接PM、PQ、NQ,当m为何值时,PM+PQ+QN最小,并求出PM+PQ+QN的最小值.
【答案】(1)y=-x2+2x+3,顶点M坐标为(1,4);(2)点N坐标为(4,-5);
(3)当m=时,PM+PQ+QN有最小值,最小值为3+3.
【分析】(1)将点A、B、C坐标代入解析式,解关于a、b、c的方程组可得函数解析式,配方成顶点式即可得点M坐标;(2)设N(t,-t2+2t+3)(t>0),根据点N、C坐标用含t的代数式表示出直线CN解析式,求得CN与x轴的交点D坐标,即可表示BD的长,根据S△NBC=S△ABC,即S△CDB+S△BDN=AB•OC建立关于t的方程,解之可得;(3)将顶点M(1,4)向下平移3个单位得到点M′(1,1),连接M′N交x轴于点Q,连接PQ,此时M′、Q、N三点共线时,PM+PQ+QN=M′Q+PQ+QN取最小值,由点M′、N坐标求得直线M′N的解析式,即可求得点Q的坐标,据此知m的值,过点N作NE∥x轴交MM′延长线于点E,可得M′E=6、NE=3、M′N=3,即M′Q+QN=3,据此知m=时,PM+PQ+QN的最小值为3+3.
【详解】(1)解:∵抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)经过点A(-1,0),B(3,0),C(0,3),
∴,解得:,∴y=-x2+2x+3=-(x-1)2+4,则抛物线的顶点M坐标为(1,4);
(2)解:∵N是抛物线上第四象限的点,∴设N(t,-t2+2t+3)(t>3),
又点C(0,3),设直线NC的解析式为y=k1x+b1,
则,解得:,∴直线NC的解析式为y=(-t+2)x+3,
设直线CN与x轴交于点D,当y=0时,x=,∴D(,0),BD=3-,
∵S△NBC=S△ABC,∴S△CDB+S△BDN=AB•OC,即BD•|yC-yN|= [3-(-1)]×3,
即×(3-)[3-(-t2+2t+3)]=6,整理,得:t2-3t-4=0,解得:t1=4,t2=-1(舍去),
当t=4时,-t2+2t+3=-5,∴点N坐标为(4,-5);
(3)解:将顶点M(1,4)向下平移3个单位得到点M′(1,1),连接M′N交x轴于点Q,连接PQ,
则MM′=3,∵P(m,3)、Q(m,0),∴PQ⊥x轴,且PQ=OC=3,
∴PQ∥MM′,且PQ=MM′,∴四边形MM′QP是平行四边形,∴PM=QM′,
由作图知当M′、Q、N三点共线时,PM+PQ+QN=M′Q+PQ+QN取最小值,
设直线M′N的解析式为y=k2x+b2(k2≠0),
将点M′(1,1)、N(4,-5)代入,得:,解得:,
∴直线M′N的解析式为y=-2x+3,当y=0时,x=,∴Q(,0),即m=,
此时过点N作NE∥x轴交MM′延长线于点E,在Rt△M′EN中,∵M′E=1-(-5)=6,NE=4-1=3,
∴M′N=, ∴M′Q+QN=3,∴当m=时,PM+PQ+QN的最小值为3+3.
【点睛】本题主要考查二次函数的综合问题,解题的关键是熟练掌握待定系数法求函数解析式、平行四边形的判定与性质、勾股定理及根据两点间线段最短得到点P、Q的位置.
一、单选题
1.(24-25九年级上·浙江宁波·开学考试)如图,的半径为,点是半圆上的一个三等分点,点是的中点,是直径上的一个动点,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【知识点】用勾股定理解三角形、同弧或等弧所对的圆周角相等、根据成轴对称图形的特征进行求解
【分析】作点关于的对称点,连接交于点,连接,,此时是最小值,证明是等腰直角三角形,即可得到答案.
【详解】解:如图,作点关于的对称点,连接交于点,连接,,
点与关于对称,点是半圆上的一个三等分点,
,,
点是弧的中点,
,
,
又,
,
,
故选:C.
【点睛】本题考查了结合图形的性质,考查了对称轴——最短路径问题,也考查了对称的性质,弧、弦、圆心角的关系,勾股定理等知识,利用弧、弦、圆心角的关系证明是解题关键.
2.(24-25八年级上·陕西渭南·期中)如图,直线与两坐标轴分别交于,两点,点是的中点,点,分别是直线,轴上的动点,则的周长的最小值是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】一次函数图象与坐标轴的交点问题、一次函数与几何综合、用勾股定理解三角形、坐标与图形变化——轴对称
【分析】本题考查轴对称最短路线问题,勾股定理,坐标与图形,解题的关键是利用对称性在找到周长的最小时点、点位置,凡是涉及最短距离的问题,一般要考虑线段的性质定理,多数情况要作点关于某直线的对称点.作点关于的对称点,关于的对称点,连接,,由轴对称的性质,可得,,故当点,,,在同一直线上时,的周长,此时周长最小,依据勾股定理即可得到的长,进而得到周长的最小值.
【详解】解:如图,作点关于的对称点,关于的对称点,连接分别交、于点、,此时三角形的周长最小,
∵直线与两坐标轴分别交于、两点,
∴,,
∴,
∴,
由轴对称的性质,可得,,,,,
∴,
∴是等腰直角三角形,
∵点是的中点,
∴,
∴,,
∴,
的周长,此时周长最小,
在中,,
故选:B.
3.(2024·广东深圳·三模)如图,在等腰中,,,为的中点,为上一点,且,是上两动点,且,则的最小值为( )
A.8 B. C. D.10
【答案】B
【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、解直角三角形的相关计算、线段问题(轴对称综合题)
【分析】过点作于点,过点作交于,连接,首先解得,,结合,可得,根据平行线分线段成比例定理,可解得,进而证明四边形为平行四边形,可得;作点关于直线的对称点,连接,过点作于点,由对称的性质可得,故当点在同一直线上时,取最小值,最小值等于的长度,结合三角函数和勾股定理分别解得,,,的值,由轴对称的性质可得的值,证明,由相似三角形的性质解得,进而可得,理由勾股定理分别解得,的值,即可获得答案.
【详解】解:如下图,过点作于点,过点作交于,连接,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,
∴,
∴,
∴四边形为平行四边形,
∴,
作点关于直线的对称点,连接,过点作于点,如图,
由对称的性质可得,
∴,
∴当点在同一直线上时,取最小值,最小值等于的长度,
∵为的中点,
∴
∵,
∴,
∴,
∴,
∵,
∴,
∵,,
∴,
∴在中,,
∴,
由轴对称的性质可得,
∵,,
∴,
∴,即,
解得,
∴,
∴在和中,
,,
∴
∴的最小值为.
故选:B.
【点睛】本题主要考查了解直角三角形、相似三角形的判定与性质、平行四边形的判定与性质、轴对称的性质、两点之间线段最短等知识,正确作出辅助线,综合运用相关知识是解题关键.
4.(2024·贵州安顺·二模)如图,是直线上长度固定为1的一条动线段.已知点,,则的最小值是( )
A. B.4 C. D.
【答案】A
【知识点】坐标与图形、用勾股定理解三角形、利用平行四边形的判定与性质求解、线段问题(轴对称综合题)
【分析】本题主要考查了坐标与图形的性质,平行四边形的判定与性质,轴对称最短路线问题.在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,作点关于直线的对称点,则,即、、三点共线时,最小值为的长.
【详解】解:如图,在轴上取点,使,则四边形为平行四边形,
∵点,,
,,
,
作点关于直线的对称点,
,,
,即、、三点共线时,最小值为的长,
在中,由勾股定理得,
∴的最小值为,
故选:A.
二、填空题
5.(2023·江西抚州·二模)如图,正方形的边长为,的平分线交于点.若点,分别是和上的动点,则的最小值是 .
【答案】
【知识点】二次根式的除法、用勾股定理解三角形、正方形性质理解、线段问题(轴对称综合题)
【分析】轴对称—最短路径问题及勾股定理可得到,再利用面积相等即可得到的值,进而得到的最小值.
【详解】解:过点作关于的对称点,连接,根据题意可得是的最小值,
∵正方形的边长为,
∴,
∵点到直线的所有连线中垂线段最短,
∴,
∴,,
∴,
∴,
即的最小值为:.
故答案为:.
【点睛】本题考查了轴对称—最短路径问题,勾股定理,作图与基本作图等知识点的应用,根据轴对称的性质找出点是解题的关键.
6.(2024·湖南·模拟预测)如图,在矩形中,分别是上的点(点分别不与点重合),且,则的最小值为 .
【答案】/
【知识点】用勾股定理解三角形、利用平行四边形的性质求解、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】分别以为边作平行四边形,连接,过点E作交于点G,根据相似三角形的判定和性质求出为定值,证明,在中,利用勾股定理求出,再利用三角形三边关系求出的最小值为,即可求解.
【详解】解:分别以为边作平行四边形,连接,过点E作交于点G,
,
四边形是矩形,
,
矩形中,,
,
,
,,,
,
,
,
,即,
解得:,
四边形是平行四边形,
,
,
,
在中,由勾股定理得:
,
的最小值为,
的最小值为,
故答案为:.
【点睛】此题考查相似三角形的判定和性质,平行四边形性质,矩形的判定与性质,勾股定理,三角形三边关系的应用,正确作出辅助线构造相似三角形,及平行四边形是解题的关键.
7.(2025·湖南娄底·模拟预测)如图,在边长为5的正方形中,点E在线段中运动,点F在射线上运动,其中,连接、,则的最小值为 .
【答案】
【知识点】两点之间线段最短、用勾股定理解三角形、根据正方形的性质求线段长
【分析】本题考查了正方形的性质,勾股定理等知识,延长至点G,使,连接、、,根据可证明,得出,则,故当D、E、G三点共线时,取最小值为,然后根据勾股定理求出,即可求解.
【详解】解∶延长至点G,使,连接、、,
∵正方形,
∴,
又,
∴,
∴,
∴,
当D、E、G三点共线时,取最小值为,
在边长为5的正方形中,,,
∴,
∴,
即的最小值为,
故答案为:.
8.(24-25九年级上·山东淄博·期末)如图,抛物线与y轴交于点A,与x轴交于B,C两点,点A关于抛物线对称轴的对称点为点D,点E在y轴上,点F在以C为圆心,半径为的圆上,则取得最小值是 .
【答案】
【知识点】用勾股定理解三角形、其他问题(二次函数综合)、线段问题(轴对称综合题)
【分析】本题主要考查了抛物线与轴的交点,主要考查函数图象上点的坐标特征、点的对称性等,利用轴对称确定最短路线是正确解答此题的关键.
过点作轴的对称点,连接交轴于点,交圆于点,则此时最短,利用勾股定理求解即可.
【详解】解:对于,令,则,令,则,解得或3,点的坐标分别为、、,函数的对称轴为直线,则点,过点作轴的对称点,连接交轴于点,交圆于点,则此时最短,
点关于轴对称,则,
则为最小,
过作轴于点,
则:,,
在中,由勾股定理得,
,
即,
故答案为:.
三、解答题
9.(2024·山东济南·三模)如图,抛物线M过点,与x轴交于点A和点B(点A在点B左侧),与y轴交于点C,顶点D的坐标为.
(1)求抛物线M的表达式和点A的坐标;
(2)点F是线段上一动点,求周长的最小值;
(3)平移抛物线M得到抛物线N,已知抛物线N过点D,顶点为P,其对称轴与抛物线M交于点Q,若,直接写出点P的坐标.
【答案】(1),
(2)最小值为
(3)P的坐标为或
【知识点】待定系数法求二次函数解析式、用勾股定理解三角形、线段周长问题(二次函数综合)、角度问题(二次函数综合)
【分析】(1)利用待定系数法求出表达式然后求出点A的坐标即可;
(2)首先得到直线的表达式为:,作E关于的对称点,则,设垂足为G,则点G为E与的中点,勾股定理求出,,进而求解即可;
(3)抛物线N由抛物线M平移得到,求出抛物线N的表达式为,得到顶点P的坐标为,,作于H,则,在中,,得到,进而列方程求解即可.
【详解】(1)∵顶点D的坐标为,
设二次函数表达式为
将点代入得
∴抛物线M的表达式为:
当时,或1,
∵点A在点B左侧,
∴点A的坐标为;
(2)当时,,
∴点C的坐标为
∴设直线的表达式为:
故解得
∴,
,
,
,
作E关于的对称点,则,设垂足为G,则点G为E与的中点
,
∴所在直线垂直于y轴,
关于的对称点,
∴点的坐标为,
∴点G的横坐标为
将代入得,
∴点G的坐标为,
∵,,
∴,
∴
即周长的最小值为;
(3)∵抛物线N由抛物线M平移得到,设抛物线N的表达式为
将点代入得:,
∴抛物线N的表达式为
∴顶点P的坐标为,
将代入,,
∴,
作于H,则,
∵
∴点H为点P和点Q的中点,
∴
∴
又∵
∴
在中,
∴,
∴
或
∴解第一个方程可得(舍),
解第二个方程可得(舍),
将代入P点坐标,
P的坐标为或.
【点睛】本题是二次函数的综合题,涉及到的知识点有二次函数图像上点的坐标特征、二次函数的性质、待定系数法求一次函数和二次函数的解析式,并灵活运用分类讨论及数形结合的思想分析解决问题是解题的关键.
10.(2024·陕西咸阳·模拟预测)【问题探究】
(1)如图①,点P是等边内一点,,,,则的度数为______;
【类比迁移】
(2)如图②,若点P是正方形内一点,,,,求的长;
【拓展应用】
(3)如图③,某公园有一块矩形水池,米,米,为方便观赏游玩,工作人员计划在水池内P,Q两点处增加亭台,连接,且,怎样选择点P和点Q的位置,可以使最小?并求出的最小值.
【答案】(1)(2)(3)点在距离边和各400米,点距离边400米,距离边米的位置时,的值最小,为
【知识点】等边三角形的判定和性质、用勾股定理解三角形、根据旋转的性质求解、解直角三角形的相关计算
【分析】(1)将绕点B逆时针旋转得,根据旋转的性质得,,,则为等边三角形,得到,,在中,,,,根据勾股定理的逆定理可得到为直角三角形,且,即可得出答案.
(2)先根据正方形的性质得,把绕点B顺时针旋转得到,连接,得到,可判断为等腰直角三角形,得到,然后在中利用勾股定理计算的长.
(3)过点作,将绕点旋转,得到,连接,设交于点,易得为等边三角形,为等边三角形,推出,进而得到当四点共线时,,再根据垂线段最短,得到当时,最小,此时最小,进行求解即可.
【详解】解:∵为等边三角形,
∴,
将绕点B逆时针旋转得,
连接,如图,
∴,,,
∴为等边三角形,
∴,,
在中,,,,
∴,
∴为直角三角形,且,
∴.
故答案为:.
(2)∵四边形为正方形,
∴,
将绕点B顺时针旋转得到,连接,
∴,
∴是等腰直角三角形,,
∴,
∴,
∴.
(3)如图,过点作,将绕点旋转,得到,连接,设交于点,
则:,,,
∴为等边三角形,为等边三角形,
∴
∴,
∴当四点共线时,,
∵点在上,
∴当时,最小,此时最小,
此时,
∵为等边三角形,,,
∴,,
∵四点共线
∴,
∴,关于对称,,
∴,
∵矩形,
∴,,,
∴四边形,都是矩形,
∵,
∴,
∴,
∴,
∵,
∴四边形为矩形,
∴,
∴,
∴的最小值为,
综上,点在距离边和各400米,点距离边400米,距离边米的位置时,的值最小,为.
【点睛】本题考查等边三角形的判定和性质,等腰三角形的判定和性质,正方形的性质,旋转的性质,勾股定理,解直角三角形,矩形判定和性质等知识点,综合性强,难度大,属于中考压轴题,熟练掌握相关知识点,通过旋转构造特殊图形和全等三角形,是解题的关键.
11.(2024·福建泉州·模拟预测)平面直角坐标系中,点、都是x轴负半轴上的点,以为一边向上作矩形,矩形另一边,点E为线段上一点,沿直线折叠边,使点D落在x轴上点F处.
(1)求点F的坐标(用含m的式子表示);
(2)如图2,设抛物线经过A、E两点,其顶点为M,
①连接,若是直角三角形,求m的值.
②过点E作x轴的垂线,在直线上截取线段(P在Q上方),当在直线上运动时,求四边形周长的最小值.
【答案】(1)
(2)①,②
【知识点】坐标与图形、待定系数法求二次函数解析式、矩形与折叠问题、根据成轴对称图形的特征进行求解
【分析】(1)根据题意可得,,由折叠得,,在中利用勾股定理即可求得,即可得点B的坐标;
(2)由(1)知,点,,设,则,在中利用勾股定理即可求得x,即可得到点E的坐标;结合题意利用待定系数法求得抛物线,则点,
①若是直角三角形,则,或,解得对应的m取满足题意得即可;
②四边形周长为,由于和不变,只需求得最小即可,根据将军饮马的模型作点A关于直线l的对称点,再将点向下平移长得到,连接,交直线l于点,在直线l截取,连接,可知四边形周长为,利用轴对称的性质求得点,进一步求得点点,利用两点之间的距离求得对应长度即可.
【详解】(1)解:∵点、都是x轴负半轴上的点,
∴,
∵,四边形为矩形,
∴,,
∵沿直线折叠边,使点D落在x轴上点F处,
∴,,
在中,,即,
解得,
∴点;
(2)解:由(1)知,点,,
设,则,
在中,,即,
解得,
∴点,
∵抛物线经过A、E两点,
∴,
解得,
∴抛物线,
∴点,
①若是直角三角形,则,或,
∴,或,
解得或(舍去),
故;
②四边形周长为,由于和不变,只需求得最小即可,
作点A关于直线l的对称点,再将点向下平移长得到,连接,交直线l于点,在直线l截取,连接,如图,
则四边形为平行四边形,,,
∴四边形周长为,
∵点,直线l的解析式为,
∴点,
∵点,点,
∴,
∴点,
∵点,
∴,,
∴四边形周长为.
【点睛】本题主要考查矩形的性质、折叠的性质、勾股定理、待定系数法求二次函数的解析式、轴对称的性质以及两点之间的距离公式,解题的关键是根据将军饮马模型找到最小值即可.
12.(24-25八年级上·河南郑州·期中)“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”.这里包含了一个有趣的数学问题,通常称之为“将军饮马”.
【问题描述】
如图,在直线上找一点使得最小?
【问题解决】
作点关于直线的对称点,连接,则,所以,当、、三点共线的时候,,此时为最小值(两点之间线段最短)
【应用模型】
(1)如图,在中,,,点在边上,且,点为的中点,点为边上的动点,当点在上移动时,则四边形周长的最小值为_____.
(2)如图,长方形中,,,点、、、分别在矩形各边上,且,,求四边形周长的最小值?
【拓展延伸】
如图,已知正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,定点的坐标为,为轴上的一个动点,、为函数的图象上的两个动点,则的最小值为_____.
【答案】应用模型:(1);(2);拓展延伸:
【知识点】一次函数与几何综合、用勾股定理解三角形、坐标与图形变化——轴对称
【分析】应用模型:(1)根据已知条件得到,求得,得到,,作D关于直线的对称点E,连接交于P,则此时四边形周长最小,,求得直线的解析式为,解方程组即可得到结论;
(2)作点E关于的对称点,连接交于点F,此时四边形周长取最小值,过点G作于点,由对称结合矩形的性质可知:,,利用勾股定理即可求出的长度,进而可得出四边形周长的最小值;
拓展延伸:如图所示直线、y轴关于直线对称,直线、直线关于y轴对称,点是点A关于直线的对称点,作垂足为E,交y轴于点P,交直线于M,作直线垂足为N,此时最小(垂线段最短),在中利用勾股定理即可解决.
【详解】解:【应用模型】(1)解:∵,,
∴,
∵,点D为的中点,
∴,
∴,
作D关于直线的对称点E,连接交于P,
则此时,四边形周长最小,,且四边形周长的最小值为,
∵,
∴四边形周长的最小值为,
故答案为:;
(2)作点E关于的对称点,连接交于点F,此时四边形周长取最小值,,
过点G作于点,则如图所示.
∵四边形是矩形,
∴
∴
∴四边形是矩形,
∵,
∴,
又,
∴,
∴,
∴
∵,
∴
∴
∴
∴,
∵,
∴,
同理可证,
∴.
答:四边形周长的最小值为;
【拓展延伸】如图所示,直线、y轴关于直线对称,直线、直线关于y轴对称,点是点A关于直线的对称点,作垂足为E,交y轴于点P,交直线于M,作直线垂足为N,
∵,
∴最小(垂线段最短),
∵正比例函数的图象与轴相交所成的锐角为,
∴,
在中,,
∴,.
∴的最小值为.
故答案为:.
【点睛】本题是一次函数综合题,考查了轴对称-最短路线问题,等腰直角三角形的性质,垂线段最短、直角三角形30度角的性质、勾股定理等知识,解题的关键是利用轴对称性质正确找到点P的位置.
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