文档内容
专题12 几何最值模型之逆等线模型
最值问题在各类考试中常以压轴题的形式考查,逆等线模型主要考查转化与化归等的数学思想。在各
类考试中都以高档题为主,中考说明中曾多处涉及。本专题就最值模型中的逆等线问题进行梳理及对应试
题分析,方便掌握。
.........................................................................................................................................1
模型1.最值模型-逆等线模型(三角形边上的逆等线)..........................................................................1
模型2.最值模型-逆等线模型(非边上的逆等线).................................................................................5
模型3.最值模型-逆等线模型(同边上的逆等线).................................................................................8
模型4.最值模型-逆等线模型(特殊平行四边形的逆等线)................................................................10
.......................................................................................................................................14
模型1.最值模型-逆等线模型(三角形边上的逆等线)
逆等线:△ABC中,D、E分别是AB、AC上的动点,且AD=CE,即逆向相等,则称AD和CE为逆等线。
逆等线模型特点:动线段长度相等,并且位置错开。条件:如图,在△ABC中,∠ABC= ,BC=m,AC=n,点D、E分别是AB、AC上的动点,且AD=CE,
求CD+BE的最小值。
证明思路:① AD在△ADC中,以CE为一边构造另一个三角形与之全等,这个也叫做一边一角造全等;
②即过点C作CF//AB,且CF=AC。(构造一边一角,得全等);③构造出△ADC≌△CEF ( SAS);证出
EF=CD;
④CD+BE=EF+BE,根据两点之间,线段最短,连接BF,则BF即为所求,此时,B、E、F三点共线;
⑤求BF。构造直角三角形求出BG和FG,再利用勾股定理求出BF即可。
注意:题中的角度 ,在八年级能解决的只有一些特殊角度,如:30,45,60等。
例1.(24-25九年级上·广东·阶段练习)在边长为4的等边 中, 分别为 边上的动点,且
总满足 则 的最小值 .
【答案】
【详解】解: 是等边三角形, ,
, , ,
当 时,即 时, 最短,则 有最小值,此时, , ,
的最小值为 ,故答案为: .
例2.(23-24九年级上·江苏无锡·期末)如图,在等腰△ABC 中,AB=AC=5,BC=6,点 D、E 分别是 AB、
AC 上两动点,且 AD=CE,连接CD、BE,CD+BE 最小值为 .
【答案】
【详解】解:由题意可得如图所示:
过点A作AH∥BC,且AH=BC,连接DH,如图所示,∴∠HAD=∠ABC,
∵AB=AC,∴∠ABC=∠ACB,∴∠HAD=∠BCE,
∵AD=CE,∴△HAD≌△BCE(SAS),∴HD=BE,∴CD+BE=CD+HD,
∴当CD+BE为最小时,即CD+HD为最小,
∴当点C、D、H三点共线时即为最小,连接CH,交AB于点M,过点M作MN⊥BC于点N,点A分别作
AF⊥BC于点F,如图所示,即CH的长度为CD+BE的最小值,
∵AB=AC=5,BC=6,∴BF=CF=3,∴ ,
∵ ,∴ ,∵ ,
∴ (AAS),∴ , ,
∵AF∥MN,点M是AB的中点,∴ ,
∴ ,∴在Rt△MNC中, ,∴ ,∴CD+BE的最小值为 ;故答案为 .
例3.(23-24八年级下·广东江门·阶段练习)在 中, 分别为
射线 与射线 上的两动点,且 ,连接 ,则 最小值为 .
【答案】
【详解】解:如图,过点 作 ,使得 ,过点 作 于点 ,连接 ,
在 中, ,∴ ,∴ ,
∴ ,则当 在线段 上时, 取的最小值,最小值为 的长,
∵ , , ,∴
∵ ,∴ ,
在 中, ,∴ ,
∴ ,故答案为: .
例4.(23-24八年级下·浙江·期中)在 中, , , ,点 、 在AB、
边上,且 ,则 的最小值 .【答案】
【详解】解:如图作 ,使得 .作 交 的延长线于 ,连接 .
, , , , , ,
, 的最小值为 的长,∵ ,∴ ,
∵ ,∴ , ,
在 中, , , , ,
∴ ,
在 中, .故答案为: .
模型2.最值模型-逆等线模型(非边上的逆等线)
条件:已知三角形ABC中,AB=a,BC=b,CD为高,CE=BF,求AF+BE的最小值。证明思路:①CE在△BEC中,以BF为一边构造另一个三角形与之全等,这个也叫做一边一角造全等;
②即过点B作BG//CE,且BG=BC=b。(构造一边一角,得全等);
③构造出△BEC≌△GFB ( SAS);证出EB=FG;
④AF+BE=AF+FG,根据两点之间,线段最短,连接AG,则AG即为所求,此时,A、F、G三点共线;
⑤求AG。在直角三角形求利用勾股定理求出AG即可。
例1.(23-24八年级下·江苏淮安·阶段练习)在等边△ABC中,AB=4,点E在边BC上,点F在∠ACB的
角平分线CD上,CE=CF,则AE+AF的最小值为 .
【答案】
【详解】过点C作CG⊥DC,并截取CG=AC,连接EG,如图所示:
∵ 为等边三角形,∴ , ,∵CD平分 ,∴ ,
∵ ,∴ ,∴ ,
在 和 中 , , , ,
当A、G、E三个点在同一直线上时, 的和最小,即 最小,
的值最小为: .故答案为: .
例2.(2023·四川成都·一模)如图,在三角形 中, , , 于D,M,N
分别是线段 , 上的动点, ,当 最小时, .
【答案】
【详解】解:在 下方作 ,使 ,连接 .
则 , .∴ ,
即 最小值为 ,此时A、N、 三点在同一直线上.
∵ , ,∴ ,
∵ ,∴ ,∴ ,∴ ,
∴ ,∴ ,
∴ ,故答案为: .例3.(2024·四川乐山·二模)如图,等腰 中, , 平分 ,点N为 上一点,
点M为 上一点,且 ,若当 的最小值为4时, 的长度是 .
【答案】4
【详解】解:∵等腰 中, ,∴ ,
∵ 平分 ,∴ ,如图,作 ,使 ,连接 ,
∴ ,∵ , , ,
∴ ,∴ , ,∴ ,
∴当 三点共线时, 最小,即 ,
∵ , ,∴ 是等边三角形,∴ ,∴ ,故答案为:4.模型3.最值模型-逆等线模型(同边上的逆等线)
条件:已知在 中,∠ACB=90°,AB=a,点E、D是线段AB上的动点,且满足AD=BE,
求CD+CE的最小值。
证明思路:①BE在△BEC中,以AD为一边构造另一个三角形与之全等,这个也叫做一边一角造全等;
②即过点A作AF//BC,且AF=BC=b。(构造一边一角,得全等);
③构造出△BEC≌△ADF ( SAS);证出CE=FD;
④CD+CE=CD+FD,根据两点之间,线段最短,连接CF,则CF即为所求,此时,F、D、C三点共线;
⑤求FC。在直角三角形求利用勾股定理求出FC即可,或利用全等证明FC=AB也可。
例1.(23-24八年级上·北京朝阳·期末)如图, 中, , ,D,E为 边上
的两个动点,且 ,连接 , ,若 ,则 的最小值为 .
【答案】
【详解】过点 , 分别作 的垂线和 的垂线交于点 ,连接 , ,, , , , , ,
, , , ,
, , , ,
当 , , 三点不共线时, ;当 , , 三点共线时, .
的最小值是 的长, , , ,
, , , 的最小值是 .故答案为: .
例2.(23-24八年级下·黑龙江哈尔滨·期末)如图,在矩形 中,对角线 上有两动点E和F,连
接 和 ,若 , , ,则 的最小值是 .
【答案】17
【详解】解:如图,连接 , ,
四边形 是矩形, , , , ,
, , , , ,
又 , 为矩形的对角线, ,
是直角三角形, , , ,
移项得 ,
配方得 , ,解得 ,或
, , ,故答案为:17.模型4.最值模型-逆等线模型(特殊平行四边形的逆等线)
特殊的平行四边形的逆等线模型我们就以矩形为例来研究即可。
条件:已知在矩形ABCD中,AD=a,AB=b,点E、F是边BC、BD上的动点,且满足BE=DF,
求AF+AE的最小值。
证明思路:①BE在△ABE中,以DF为一边构造另一个三角形与之全等,这个也叫做一边一角造全等;
②即过点A作∠FDG=∠ABE=90°,且DG=AB=b。(构造一边一角,得全等);
③构造出△ABE≌△GDF ( SAS);证出AE=FG;
④AF+AE=AF+FG,根据两点之间,线段最短,连接AG,则AG即为所求,此时,A、F、G三点共线;
⑤求AG。先利用勾股或相似求出DH和HG(若四边形为正方形或含特殊角度的菱形也可直接用勾股定理
求出两条线段的长度),再利用勾股定理求出AG即可。
例1.(23-24八年级下·福建厦门·阶段练习)如图,在菱形 中, , , , 分别
是边 和对角线 上的动点,且 ,则 的最小值为 .【答案】
【详解】解:如图, 的下方作 ,截取 ,使得 ,连接 , ,
四边形 是菱形, , , ,
, , , , ,
, ,
, ,
, , 的最小值为 ,故答案为: .
例2.(23-24八年级下·山东济宁·期中)如图,矩形 中, , ,点 、 分别是对角
线 和边 上的动点,且 ,则 的最小值是 .
【答案】【详解】解:过点 作 ,使 ,过点 作 , 交 的延长线于点 ,连接
、 、 , 交 于点 ,∴ ,∵矩形 中, , ,
∴ , , ,
∴ ,∴ ,∴ 是等边三角形,
∴ ,∴ ,
在 和 中, ∴ ,∴ ,
∵点 、 分别是对角线 和边 上的动点,∴ ,
当 、 、 三点共线时,取“ ”号,此时 有最小值,最小值是线段 的长,
在 中, , , ,∴ ,
∴ ,∴ ,
在 中, ,∴ 的最小值是 ,故答案为:
.
例3.(23-24八年级下·江苏宿迁·期中)如图,在菱形 中, , ,点E和点F分别在
边 和边 上运动,且满足 ,则 的最小值为 .【答案】4
【详解】解:连接AC,作点A关于BC的对称点H,连接AH,交BC于N,连接FH,如图所示:
∵四边形ABCD为菱形,∴AB=BC=CD=AD=2, ,∴ ,
∵∠BAD=2∠B,∴∠B=60°,∴△ABC是等边三角形,
∵点A,点H关于BC对称,∴AH⊥BC,AN=NH,∴FH=AF,
又∵△ABC是等边三角形,∴BN=NC= , , ∴AH=2AN= ,
∵AE=CF,AB=BC,∴BE=BF,∵在△ABF和△CBE中 ,∴△ABF≌△CBE(SAS),
∴AF=CE,∴DF+CE=DF+AF=DF+FH,
∴当点F,点D,点H三点共线时,DF+CE的最小值为DH的长,
∵AH⊥BC,∴ ,∵ ,∴ ,
∴ ,即 的最小值为4.故答案为:4.1.(23-24九年级上·河南安阳·阶段练习)如图,在矩形 中,对角线 上有两动点 和 ,连接
和 ,若 , ,则 的最小值是( )
A.4 B.10 C.6 D.20
【答案】B
【详解】解:如图,连接 , ,
四边形 是矩形, , , , ,, , ,
, ,又 , 为矩形的对角线, ,
是直角三角形, , ,
移项得 ,解得 ,或
,则 不符合题意, , ,故选B.
2.(2024·河南周口·统考一模)如图,在矩形 中,E是 的中点,点F在 边上,点P在矩形
内部, , ,连接 .若 ,则 的最小值等于( )
A.2 B.3 C. D.
【答案】D
【详解】解:取 的中点H,在 上截取点G,使 ,连接 ,
∵在矩形 中, ,∴ , ,
∵ ,∴ ,∵ ,∴ ,
,∴ ,
∵ ,且 ,∴ ,
∴ ,∴ ,∵ ,且 ,∴ ,
∴点P在线段 上,即点P在 的角平分线上,
∵ , , ,∴ ,∴ ,∴当A、P、C在同一直线上时, 取得最小值,最小值为 的长,
由勾股定理得 ,故选:D.
3.(23-24八年级下·江苏宿迁·期末)如图,边长为2的菱形 中, ,E,F分别是 ,
上的动点, ,连 , ,则 的最小值为 .
【答案】
【详解】解:如图,过点 作 ,使 ,连接 , ,则 ,
.
∵菱形 的边长为2,∴ . ,
∴ .∴ .∴ .
在 和 中, ,∴ .
∴ .∴ .即 .∴ 的最小值为 .故答案为: .
4.(23-24八年级上·四川成都·期末)在 中, , , , , 分别为射线
与射线 上的两动点,且 ,连接 , ,则 最小值为 ; 的最大
值为 .【答案】
【详解】解:如图,过点 作 ,使得 ,过点 作 于点 ,连接 ,
在 中, ,∴ ,∴ ,
∴ ,则当 在线段 上时, 取的最小值,最小值为 的长,
∵ , , ,∴
∵ ,∴ ,
在 中, ,∴ ,
∴ ,如图所示,延长 至 使得 ,连接 ,则
, ,
∴ ,故答案为: , .
5.(24-25八年级上·浙江·期中)如图, 是边长为 的等腰直角三角形,分别是 上的点, ,则 的最小值为 .
【答案】
【详解】解:要求 的最小值及使 最小, 时, 最短,
在 是边长为 的等腰直角三角形中, ,
根据等面积法: ,解得
的最小值为 .故答案为: .
6.(23-24九年级下·辽宁沈阳·开学考试)如图,已知 中, , , ,
, ,点 为直线 上一动点,将线段 绕点 顺时针旋转 得到线段 ,连接 、
,点 在直线 上且 ,则 最小值为 .
【答案】❑√3
【详解】解: , , ,
∵ 是 的外角,∴ ,
由旋转可知: , , ,在 和 中, , ,
,则当 时, 最小,即 最小, , , , ,
点 到 的距离为 , 的最小值为 ,故答案为: .
7.(23-24八年级下·山东烟台·期末)如图,在 中, , , ,点 、 分
别是 , 上动点,且 ,连接 , ,则 的最小值是 .
【答案】
【详解】解:延长 ,取 ,连接 ,在 上取 ,连接 ,过点 作 ,
取 ,连接 ,如图所示:
, , , ,
又 , , 垂直平分 , , ,
又 , , , ,
, , , , , ,
, , , , ,
, , , ,当 最小时, 最小, 当 、 、 三点共线时, 最小,且最小值为 ,
的最小值为: ,故答案为: .
8.(22-23八年级下·浙江金华·开学考试)如图, , 平分 , 平分 , 交
于点 , , 分别是线段 , 上的动点,且 ,若 , ,则 的最小
值为 .
【答案】
【详解】解:如图,连接 , , ,
平分 , 平分 , , ,
,
,
, , , ,
在 和 中, , , , ,
又 , 四边形 是平行四边形, , 四边形 是菱形,
如图,在 上取点 ,使 ,连接 ,作点 关于 的对称点 ,连接 , , ,
与 交于点 ,过点 作 于点 ,作 于点 , ,, , , , , ,
当 、 、 三点在同一直线上时, 取最小值为 ,
如图,取点 为 中点,连接 ,则 ,
, 为 中点, , ,
, ,又 , ,
为等边三角形, , , ,
四边形 是平行四边形, ,
, , ,
, , ,
, ,
点 是点 关于 的对称点, , , ,
又 , , ,
, , , , 四边形 是矩形,
, , , ,, , ,
, ,
,
的最小值为 ,故答案为: .
9.(2024·天津·校考二模)如图,正方形 的边长为 , 分别为边 上的动点,且 ,
则 的最小值为
【答案】
【详解】解:连接DE,
∵ 且四边形 为正方形,∴ ,即 ,
,
在 和 中, ∴ ,∴ ;∴ ,
以 为对称轴,作 点关于 的对应点 连接 ,与 交点即为点 ,
∵点 和点 关于 对称,∴ , ,由勾股定理可得: ,∴ 的最小值为 ,故答案为: .
10.(23-24八年级下·江苏扬州·期末)如图,正方形 的边长为4,动点 从点 出发,沿 方向匀
速运动,运动到点 时停止,同时另一个动点 从点 出发,以与点 相同的速度沿 方向匀速运动.
点 停止运动时点 也停止运动,连接 、 ,则 的最小值为 .
【答案】
【详解】解:过点 作 ,且 ,连接 ,
由题意,得: ,∵正方形 ,∴ , ,
∴ , ,∴ ,
∵ , ,∴ ,∴ ,∴ ,
在 中, ,∴ 的最小值为 ;故答案为: .
11.(23-24八年级下·广西南宁·期中)如图,在矩形 中, , ,点 、 分别在边 ,
上,且 ,点 在边 上,连接 , ,若 ,则 的最小值是 .【答案】
【详解】解:如图,连接 ,作 关于 的对称点 ,连接 交 于 ,连接 ,
由轴对称的性质可得: , , ,
∵矩形 ,∴ , ,∵ ,∴ ,
∴四边形 为平行四边形,∴ ,∴ ,
∴当 , , 三点共线时, ,此时 最小,
过 作 于 ,则四边形 为矩形,∴ , ,
∴ ,∴ ,故答案为:
12.(23-24八年级上·安徽宿州·期中)如图,已知直线 分别交 轴、 轴于点 ,
两点, ,D、E分别为线段 和线段 上一动点, 交 轴于点 ,且 .当
的值最小时,则 点的坐标为 .
【答案】
【分析】首先求得 , 取点 ,连接 ,证明 ,即可推导 ,即有 ,因为 ,即当 共线时, 的值最小;利用待定系数法
求出直线 的解析式,即可获得答案.
【详解】解:对于直线 : ,
当 时,可有 ,当 时,可有 ,解得 ,∴ , ,
又∵ ,∴ ,如下图,取点 ,连接 ,
∵ ,∴ ,∴ ,∵ , ,∴ ,∴
,
∵ , ,∴ ,∴ ,∴ ,
∵ ,∴ 的最小值为线段 的长,即当 共线时, 的值最小,
设直线 的解析式为 ,将点 , 代入,
可得 ,解得 ,∴直线 的解析式为 ,令 ,则 ,∴点 ,
∴当 的值最小时,点 的坐标为 .故答案为: .
13.(23-24八年级下·浙江绍兴·期末)如图,在正方形ABCD中, ,点P为正方形ABCD的对角线
AC上一动点,过点P作 交边DC于点E.(1)如图①,当点E在边CD上时,求证: ;(2)如图②,在(1)的条件下,连接BE交AC于点
F,若 ,求PF的长;(3)如图③,若点Q是射线CD上的一个动点,且始终满足 ,设
,请直接写出 的最小值.
【答案】(1)见解析(2) (3)
【详解】(1)解:方法一:证明:如下图中,连接PD,
∵四边形ABCD是正方形,∴ , .
在△PCB和△PCD中, ,∴ ,∴ , ,
∵ ,∴ ,∴ ,
∵ ,∴ ,∴ .∴ ,∴ .
方法二:过点P做AD的平行线,构造一线三等角的方法证明全等也可以.
(2)解:如下图中,过点P作PL⊥BE于L,过点F作FQ⊥CD于Q,FJ⊥BC于J,
∵ , , ,∴ ,
∵△BPE是等腰直角三角形,PL⊥BE,∴ ,∴ ,∵FC平分∠BCE,FQ⊥CD,FJ⊥BC,∴ ,∵ ,
∴ ,∴ ,∴ .
(3)解:过点C作CR⊥AC,使CR=AB=3,连接QR,BR,过点R作RT⊥BC,交BC延长线于T,如图③
所示;∵四边形ABCD是正方形,∴∠ACB=∠ACD=∠BAP=45°,
∵CR⊥AC,∴∠RCQ=90°-45°=45°,∠RCT=180°-90°-45°=45°,
∴△CTR是等腰直角三角形,∠BAP=∠RCQ,∴ ,∴ ,
在△BAP和△RCQ中, ,∴△BAP≌△RCQ(SAS),∴BP=QR,
∴B、Q、R三点共线时,QR+BQ最短,即BP+BQ最短,此时,t=BR,
在Rt△BTR中,由勾股定理得: ,
∴ 的最小值为 .
14.(23-24八年级下·湖北武汉·阶段练习)【问题背景】(1)如图(1), 为 的边 上的一点,
,过点 作 ,且 ,连接 ,求证: ;
【变式迁移】(2)如图(2),在 中, , 平分 ,点 在 上,且 ,
若点 分别到 , 的距离之比为 ,求证: ;
【拓展创新】(3)如图(3),在 中, , , , , 分别是 ,
上的点,且 ,直接写出 的最小值.【答案】(1)见解析;(2)见解析;(3)
【详解】(1)证明:∵AD∥BC,∴∠DAE=∠B,
在△ADE和△BAC中, ,∴△ADE≌△BAC(SAS);
(2)如图,过点C作CG∥AB交BD的延长线于G,过点C作CF⊥BG交 于K,CH⊥AB于H,连接 ,
∴∠CGB=∠GBA∵ 平分 ,∴∠CBG=∠GBA,∴∠CBG=∠CGB,∴CG=CB,
由(1)可得△CDG≌△AEC(SAS), , ,
是 的角平分线, ,即 ,
, , 是 的垂直平分线, ,
, 四边形 是菱形,
∵点 分别到 , 的距离之比为 ,∴CH= , ,
即 ,即 , ,即 ,
(3)如图,过点 作 ,且 由(1)可得
,当 三点共线时取得最小值,
如图,过点 作 交 的延长线于点 ,过点 作 ,则四边形 是矩形,, , , 四边形 是正方形,
即 的最小值 .
15.(23-24八年级上·江苏南京·期末)回顾旧知(1)如图①,已知点 , 和直线 ,如何在直线 上确
定一点 ,使 最小?将下面解决问题的思路补充完整.
解决问题的思路:可以构造全等三角形,将两条线段集中到一个三角形中!据此,在 上任取一点 ,作
点 关于 的对称点 , 与直线 相交于点 .连接 ,易知 ______,从而有 .
这样,在 中,根据“_______”可知 与 的交点 即为所求.
解决问题(2)如图②,在 中, , , , 为 上的两个动点,且 ,
求 的最小值.
变式研究(3)如图③,在 中, , , ,点 , 分别为 , 上的动
点,且 ,请直接写出 的最小值.
【答案】(1) ;两点之间,线段最短;(2) ;(3)
【详解】解:(1)由对称可知: ,在 中,根据两点之间,线段最短可知 与
的交点 即为所求,故答案为: ;两点之间,线段最短;
(2)作 ,使得 ,连接 交 于点 ,连接 ,如图所示;则四边形 为平行四边形,∴ , ,
∵ ,∴ ,∵ ,∴ , ,
∴ ,∴ 的最小值为 ;
(3)作 ,使得 ,作 ,连接 ,如图所示:
∵ ,∴ ,∵ , ,∴ ,
∴ ,∴ ,∵ , ,∴ ,
∵ ,∴ , ,
∴ ,∴ ,∴ 的最小值 .
16.(23-24八年级下·重庆北碚·期末)在 中, , , ,E是线段 上
一动点,连接 .
(1)如图1,若 ,求 的面积;(2)如图2,若 ,将线段 绕C逆时针旋转 得到线
段 ,连接 .若点G是线段 的中点,过点G作 交 于点P,交 于点H,证明
;
(3)如图3,将 沿 翻折至 ,连接 .D是线段 上的点,且 ,直接写出当
取得最小值时 的长度.
【答案】(1) (2)见解析(3)6
【详解】(1)如图 ,作 于点 ,在 中, , ,
在 中, , , ,
.
(2)证明: 如图 ,取 的中点 连接
∵ ,∴ ,∴ ,
∴ ,∴ ,∴ ,
∵ ,∴ ,∴ ,
∴ , , 在 的垂直平分线上,
∵ ,∴ , ∴ 是 的中点,
∴ ,∴ ,∴点 在 的垂直平分线上, 和点 重合,∴ ;
(3)如图 ,在 的下方作 , 截取 , 连接 , ,交 于点 ,作
关于 对称 连接 ∴ ,∵ ,∴ ,∴ ,∴ ,
∴当 共线时, 最小,此时点 在 处,点 在 连接 ,
∵ ,∴ ,又∵ , ,∴ ,
∴ ,∴四边形 是等腰梯形,∴
∴ , , ,
∴ ,作 于 ,∴
, ,即: