有关求解最值的问题很多,题目的类型也很多,一般都是放在选择题压轴题的位置上或填空题的压轴题的位置上。很多同学对动点几何最值问题很畏惧,不知如何下手分析,做题没思路。笔者认为这是模型积累不够的表现,几何的基础是图形的性质,而不同的图形性质可以搭建出各个模型,从而演化出我们熟悉的典型题目。

在日常学习中,同学们如果只是粗略地将所有练习题做一遍,而拒绝总结归类,可能最终并不会有太多收获。更重要的是,在遇到模型叠加及综合后,是否可以准确判断出相关模型及切入点,决定了一道几何题能否在规定时间内被攻破。其次,不会做几何辅助线,往往是对关键词不敏感。

做几何题的重点在于多种模型综合运用,对模型的熟练掌握直接体现为:题中出现关键字眼的时候可以马上在脑中反应出多种做法,并挑选出正确的做法。此外,对几何模型的掌握绝不能一知半解,否则很容易陷入错误解法的怪圈。今天我们推出一种解决最值问题的模型:定边对定角模型。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(1)

模型探究

如图,在△ABC中,AB=4,∠ACB=90°,

(1)求△ABC的最大面积。

(2)求AC BC的最大值。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(2)

分析:本题中有两问,我们首先来研究第一问:

在条件中,我们可以知道AB的长为4, 如果以AB为底,那么底是确定的,即为定长,现在要求△ABC的面积的最大值,我们只需要让AB边上的高最大即可,所以可以过点C作CD⊥AB于D(如下图),则当CD最大时,△ABC的面积最大,所以我们将这类问题转化为求高CD的最大值问题。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(3)

在前面的学习中,我们已经知道,当直角三角形的斜边为定值时,斜边上的中线为定值,且等于斜边的一半,所以我们可以作出AB边上的中线CE(E为AB的中点),如下图:

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(4)

通过以上步骤,我们可以知道△CED为直角三角形,CE是斜边,根据斜边大于直角边,我们可以知道CD<CE=2, 而点C为动点,当点C在AB的垂直平分线上时,即△ABC为等腰直角三角形时,CD与CE重合,此时CE=CD,

故我们可以得到CD≤CE=2.这样我们就找到了高CD的最大值,从而可以计算出△ABC的最大面积为4×2×0.5=4.

(2) 接下来,我们继续研究第二问,需要求解AC BC的最大值为多少?

在前面的学习中,我们已经学习了要求两条线段的和时,我们可以通过截长补短法来解决,这种方法可以将两条线段和的问题转化为一条线段的长度问题。下面我按照这个思路给大家分析一下。

首先,我们延长AB到B',使得CB'=CB,连接BB',如下图所示。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(5)

通过恰当的作辅助线,我们可以知道AB'=AC BC,即将求AC BC和的问题转化为求AB'的长问题。根据上图我们可以知道∠AB'B=45°,而AB=4,所以我们可以快速定位到定边定角模型,点B'的轨迹是以AB为弦,圆心角∠AOB=90°的优弧。所以我们就可以快速画出点B'的轨迹。如下图所示:

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(6)

由上图可知,△AOB是等腰直角三角形,∠AOB=90°,OA=OB=2倍根号2,即⊙O的半径为2倍根号2,而AB'为⊙O的一条弦,我们知道,在圆中直径是最长的弦,所以当点C与O重合时,AB'最长,即AC BC的和最大。此时三角形ABC恰好是以点C为顶点的等腰三角形。动态演示如下:

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(7)

模型综述

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(8)

定边定角模型中,以动点为顶点的三角形是等腰三角形时,三角形的面积最大,周长最大。这一个结论很重要,需要每个同学理解并牢记。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(9)

经典考题

1.在平面直角坐标系中,点A、B、C坐标分别为(0,1)、(0,5)、(3,0),D是平面内一点,且∠ADB=45°,则线段CD的最大值是______.

【解析】:∵点A、B坐标分别为(0,1)、(0,5),∴AB=4,

作PH⊥AB于H,则AH=BH=2,取PH=2,则△PAB为等腰直角三角形,

∴∠APB=90°

∵∠ADB=45°,∴∠ADB=1/2∠APB,

∴点D在以P点为圆心,PA为半径的圆上,

∵线段CD要取最大值,∴P点在第二象限,P(﹣2,3),

∵CD≤PD PC(当且仅当C、P、D共线时取等号),

∴CD的最大值为PD PC,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(10)

2.如图,已知等边△ABC的边长为2√6,D,E分别为BC,AC上的两个动点,且AE=CD,连接BE,AD交于点P,则CP的最小值______.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(11)

【解析】:∵CD=AE,∴BD=CE,

易证△ABD≌△BCE(SAS),故∠BAD=∠CBE,

∵∠APE=∠ABE ∠BAD,∠APE=∠BPD,∠ABE ∠CBE=60°,

∴∠BPD=∠APE=∠ABC=60°,∴∠APB=120°,

∴点P的运动轨迹是弧AB,∠AOB=120°,连接CO,

∵OA=OB,CA=CB,OC=OC,∴△AOC≌△BOC(SSS),

∴∠OAC=∠OBC,∠ACO=∠BCO=30°,

∵∠AOB ∠ACB=180°,∴∠OAC ∠OBC=180°,

∴∠OAC=∠OBC=90°,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(12)

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(13)

3.如图示,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=3,BC=√3,点P在Rt△ABC内部,且∠PAB=∠PBC,连接CP,则CP的最小值等于______.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(14)

【解析】:如图所示,∵在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=3,BC=√3,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(15)

∴tan∠BAC=BC/AC=√3/3,∴∠BAC=30°,

∴∠CBA=60°,即∠1 ∠2=60°,

∵∠PAB=∠1,∴∠PAB ∠2=60°,∴∠APB=120°,

∴点P在以AB为弦的圆O上,∴∠AOB=120°,

∵OA=OB,∴∠3=∠4=30°,

∴∠1 ∠2 ∠3=90°,即∠CBO=90°,

∠DAO=∠BAC ∠4=60°,∠AOD=30°,

过点O作OD⊥AC于点D,∴∠DOB=90°,

∵∠DCB=90°,∴四边形DCBO是矩形,

∴DC=OB,OD=BC=√3,

∴在Rt△ADO中,AD=OD•tan30°=√3×√3/3=1,

∴DC=AC﹣DC=3﹣1=2,∴OB=OP=2,

∴利用勾股定理可求得OC=√7,

当点O、P、C在一条直线上时,CP有最小值,

∴CP的最小值为OC﹣OP=√7﹣2.

变式.如图,△ABC为等边三角形,AB=2,若P为△ABC内一动点,且满足∠PAB=∠ACP,则点P运动的路径长为______.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(16)

【解析】:∵△ABC是等边三角形,

∴∠ABC=∠BAC=60°,AC=AB=2,

∵∠PAB=∠ACP,

∴∠PAC ∠ACP=60°,∴∠APC=120°,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(17)

4.如图三角形ABC中,AB=3,AC=4,以BC为边向三角形外作等边三角形BCD,连AD,则当∠BAC=______度时,AD有最大值_____.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(18)

【解析】:如图,在直线AC的上方作等边三角形△OAC,连接OD.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(19)

∵△BCD,△AOC都是等边三角形,

∴CA=CO,CB=CD,∠ACO=∠BCD,

∴∠ACB=∠OCD,易证△ACB≌△OCD,

∴OD=AB=3,

∴点D的运动轨迹是以O为圆心OD长为半径的圆,

∴当D、O、A共线时,AD的值最大,最大值为OA OD=4 3=7.

∵△ACB≌△OCD,∴∠CAB=∠DOC,

∵当D、O、A共线时,∠DOC=180°﹣60°=120°,

∴当∠BAC=120度时,AD有最大值为7.故答案为120,7.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(20)

5.如图1,E、F分别是正方形ABCD的边AB、AD的中点,且AB=2,若将△AEF绕点A逆时针旋转一周,在旋转过程中直线BE、DF相交于点P.

(1)在△AEF绕点A逆时针旋转过程中,线段BE、DF有怎样的数量关系和位置关系,并就图2的位置加以说明;

(2)在△AEF绕点A逆时针旋转过程中,线段PA的长度是否存在最大值?若存在,求出这个最大值;若不存在,请说明理由;

(3)求当△AEF绕点A从起始位置旋转一周回到终止位置过程中,点P运动的路径长.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(21)

【解析】:(1)BE=DF,BE⊥DF,如图1,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(22)

易证△ABE≌△ADF,∴BE=DF,∠ABE=∠ADF,

∵∠ABE ∠AGB=90°,∴∠ADF ∠PGD=90°,

∴∠DPG=90°,∴BE⊥DF;

(2)如图1,取EF中点,连接PH,AH,

∵∠EAF=∠FPE=90°,

∴PH=AH=1/2EF=√2/2,

∴点P,H,A三点共线时,PA最长为√2.

(3)连接BD,取BD中点O,连接OP,OA,如图2,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(23)

∵∠BAD=∠BPD=90°,

∴OP=OA=1/2BD=√2,∴P在以O圆心,√2为半径的圆上,

当PA取最大时,PA=OP=OA=√2,

点P运动的路径是以O为圆心,以√2为半径圆心角是60°的弧的位置,再返回到点A,从另一方向继续以点O为圆心以√2为半径旋转60°的弧的位置,再返回,即:4段以点O为圆心,√2为半径圆心角是60°的弧的弧长,

∴点P运动的路径长为4×π√2/3=4π√2/3.

6.问题提出:

(1)如图1,已知△ABC,试确定一点D,使得以A,B,C,D为顶点的四边形为平行四边形,请画出这个平行四边形;

问题探究:

(2)如图2,在矩形ABCD中,AB=4,BC=10,若要在该矩形中作出一个面积最大的△BPC,且使∠BPC=90°,求满足条件的点P到点A的距离;

问题解决:

(3)如图3,有一座塔A,按规定,要以塔A为对称中心,建一个面积尽可能大的形状为平行四边形的景区BCDE.根据实际情况,要求顶点B是定点,点B到塔A的距离为50米,∠CBE=120°,那么,是否可以建一个满足要求的面积最大的平行四边形景区BCDE?若可以,求出满足要求的平行四边形BCDE的最大面积;若不可以,请说明理由.(塔A的占地面积忽略不计)

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(24)

【解析】:(1)如图记为点D所在的位置.

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(25)

(2)如图,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(26)

∵AB=4,BC=10,∴取BC的中点O,则OB>AB.

∴以点O为圆心,OB长为半径作⊙O,⊙O一定于AD相交于P₁,P₂两点,

连接BP₁,P₁C,P₁O,∵∠BPC=90°,点P不能在矩形外;

∴△BPC的顶点P₁或P₂位置时,△BPC的面积最大,

作P₁E⊥BC,垂足为E,则OE=3,

∴AP₁=BE=OB﹣OE=5﹣3=2,由对称性得AP₂=8.

(3)可以,如图所示,连接BD,

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(27)

∵A为▱BCDE的对称中心,BA=50,∠CBE=120°,

∴BD=100,∠BED=60°

作△BDE的外接圆⊙O,则点E在优弧BD上,取弧BED的中点E′,连接E′B,E′D,

则E′B=E′D,且∠BE′D=60°,∴△BE′D为正三角形.

连接E′O并延长,经过点A至C′,使E′A=AC′,连接BC′,DC′,

∵E′A⊥BD,

∴四边形E′BC′D为菱形,且∠C′BE′=120°,

作EF⊥BD,垂足为F,连接EO,则EF≤EO OA=E′O OA=E′A,

∴S△BDE=1/2•BD•EF≤1/2•BD•E′A=S△E′BD,

∴S平行四边形BCDE≤S平行四边形BC′DE′=2S△E′BD=100²•sin60°=5000√3(m²)

所以符合要求的▱BCDE的最大面积为5000√3m².

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(28)

解题思路总结

1-模型识别:两定(A、B)一动(C),AB长固定,∠ACB固定,

求△ABC周长及面积最大值;

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(29)

2-计算模型建立:做△ABC外接圆,

3-模型结论:当△ABC为以C为顶点等腰三角形时,其周长和面积最大。

几何模型题解题方法(破解压轴难题有实效)(30)

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