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初中数学学霸秘籍:BQ 的最小值藏在一个看不见的圆里

初中数学学霸秘籍:BQ 的最小值藏在一个看不见的圆里

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【261002】一边一角构相似 + 定弦定角:折线最值三步收口

【题目】如图,在 △PAB 中,AB = 4√3,∠APB = 60°,点 Q 是 PA 边上一点,满足 PB = 2AQ,连接 BQ,则 BQ 的最小值为(    )

P、Q 都会动,BQ 是一条会动的折线——先别急着算,答案在文末

这题最"劝退"的地方:动点有两个。P 没定死,Q 还在 PA 上滑,BQ 连长度都抓不住。但初中几何有两件趁手的兵器,合起来正好治它:一边一角构相似(把动的角钉成定角)+ 定弦定角出隐圆(让动点上一条固定的轨道)。下面一步步来。

1先分清:什么在动,什么不动

固定的有两样:AB = 4√3,∠APB = 60°。会动的只有 P、Q 的位置。

三角形内角和是 180°,所以 ∠PAB + ∠ABP = 120°——虽然这两个角各自在变,但它们的和永远是 120°。记住这个数,第二步它要唱主角。

2核心动作:一边一角,构一个相似

题目给的比例 PB = 2AQ,反过来写就是 AQ/PB = ½。现在自己造一个点 T:作 ∠PAT = ∠ABP,并在这条新角边上截 AT = ½AB = 2√3:

图 2  比例摆在新角的两侧,相似就到手了

为什么这么造?看两件事:

·  比例正好摆在角的两侧:AT/AB = AQ/PB = ½,夹角又相等——SAS 相似的条件凑齐了。这个套路有个名字,叫"逆比例线段":把已知比例放在一个等角的两侧,相似三角形自己送上门。

·  更妙的是 T 根本不动:∠BAT = ∠BAP + ∠PAT = ∠PAB + ∠ABP = 120°,加上 AT = 2√3 定长——T 是个定点,不管 P 怎么动。

3相似一到手,动角就被钉死了

由 △ATQ ∽ △ABP(对应关系:A↔B,T↔A,Q↔P),对应角相等:

∠AQT = ∠APB = 60°(恒定)

这一步是全题的转折点:不管 P、Q 怎么动,Q 看 AT 的视角永远是 60°。一个"定点 + 定角"的结构,凭空出现了。

4定弦定角:让隐藏的圆现形

A、T 是定点,∠AQT = 60° 恒定——这就是"定弦定角":线段 AT 是定弦,Q 始终在这条弦对 60° 角的那段弧上走。也就是说,Q 在 △ATQ 的外接圆 ⊙O 上运动。

把 ⊙O 的要素算出来(全用初中知识):

·  圆周角 ∠AQT = 60° → 同弦的圆心角 ∠AOT = 120°;

·  OA = OT(都是半径)→ ∠OAT = (180° − 120°)/2 = 30°;

·  取 AT 中点 M,AM = √3,Rt△AOM 中 cos30° = AM/AO → 半径 OA = √3 ÷ (√3/2) = 2。

图 3  红弧就是 Q 的运动轨道,答案 = B 到这条轨道的最近距离

5收口:BQ 的最小值 = OB − 半径

先算 B 到圆心 O 的距离。∠OAB = ∠TAB − ∠OAT = 120° − 30° = 90°,△OAB 是直角三角形:

OB = √(OA² + AB²) = √(4 + 48) = 2√13

B 在圆外,圆上一点 Q 到 B 的距离,最短就是沿线段 BO 方向、落在 B 与 O 之间的那个交点 Q′:

BQmin = OB − OQ′ = 2√13 − 2

补一个负责任的检查:把 Q 放到 Q′,在射线 AQ′ 上按"∠APB = 60°、PB = 2AQ"能把 P 真实确定出来(实算 ∠APB ≈ 60°,PB = 2AQ′ 成立),所以等号取得到,是最小值而不是下界。

6举一反三:把 2 换成 1

其他条件不变,改成 PB = AQ(比例 1 : 1),招式一模一样:

·  AT = AB = 4√3,外接圆半径 = 4√3 ÷ (2sin60°) = 4

·  ∠OAT 仍是 30°,∠OAB 仍是 90°,OB = √(4² + (4√3)²) = 8

·BQmin = 8 − 4 = 4

比例换一换,结构一点没变:造相似 → 钉定角 → 出隐圆 → OB 减半径。题型在变,套路不变。

三句话带走

·折线最值,先给动点修轨道 —— 定点对定线段张定角,动点就在圆弧上。

·逆比例线段(一边一角构相似) —— 把已知比例摆在一个等角的两侧,SAS 相似到手,动角被钉成定角。

·圆外一点到圆的最短距离 —— 连结这点与圆心,减掉半径:BQmin = OB − R(一箭穿心)。

·  最后照例检验等号取不取得到——交点位置能落进题设图形,才算闭环。

— END —

答案:2√13 − 2。哪一步卡住了,留言说一声。

把套路攒成自己的觉得有用,点个「在看」

学习加总结可成学霸。

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