文档内容
模型介绍
【模型总结】
在求形如“QB+kPA”(k≠1)的式子最值问题时,关键是要通过相似三角形构造出与
kPA相等的线段(即kPA=QC),将QB +kPA”型问题转化为“QB +QC”型将军饮马问题.
当k=1时,加权逆等线就变成了逆等线拼接最值模型,此种情况属于权为 1的特殊情况,只
需通过全等三角形构造出相等线段即可,然后将问题变为常见的将军饮马问题求解即可.
需要注意的是这里的 QB、PA两条线段的延长线方向必须要有交叉,方能通过相似或
全等三角形得到kPA的等线段.
【解题方法】
利用比例线段构造相似三角形转化线段,把双动点问题转化为单动点将军饮马问题,
利用“两点之间线段最短”从而解出答案.
例题精讲
考点一:直角三角形中的加权逆等线模型
【例1】.如图,已知BC⊥AB,BC=AB=3,E为BC边上一动点,连接AE,D点在AB延长线上,且
CE=2BD,则AE+2CD的最小值为多少?解:作CF⊥CB,且使得CF=6,连接EF
过点A做AG⊥CF,交FC延长线于点G
CF CE
∵ = =2 ,
CB BD
∴△FCE∽△CBD,EF=2CD
∴AE+2CD=AE+EF
当A、E、F三点一线时,AE+EF取到最小值,此时AE+EF=AF
易知:四边形ABCG为正方形 AG=3,CG=3
FG=9 在Rt△FAG中,由勾股定理得 AF=3√10
AE+2CD的最小值为3√10
变式训练
【变式1-1】.如图,等腰直角△ABC中,斜边BC=2,点D、E分别为线段A B和B C上的动点,
,求 的最小值.解:作BF⊥BC 并且使得BF=2,连接EF
BE BF 2
∵ = = =√2 ∴△BEF∽△ADC
AD AC √2
∴EF=√2 CD ∴AE+√2CD=AE+EF
当A、E、F三点共线时,AE+EF取到最小值,此时AE+EF=AF
反向延长BF,过点A作AH⊥BF于点H
在Rt△AHF中,由勾股定理易得:AF=√10
∴AE+√2CD的最小值为√10【变式1-2】.如图, 在Rt△ABC中, AC=6,BC=8,∠ACB=90。,点E、F分别是A B 、B C边上
1
的动点, 且 , 求 CE+AF的最小值.
2
解:过点A作AD⊥AB,并且使得AD=12,连接DE,CD
过点C作CH⊥AB于点H,CG⊥AD延长线与点G
AD AE
∵ = =2 ,∠DAE=∠ACF
CF CF
∴△DAE∽△ACF ,DE=2AF, CE+2AF=CE+DE
当C、E、D三点共线时,取到最小值,此时CE+2AF=CE+DE=CD
24 24 84
由等面积法可得:CH= 四边形AGCH为矩形, AG=CH= ,DG=AD+AG=
5 5 5
18
在Rt△CAH中 由勾股定理得:AH=
5
18
CG=AH=
5
在Rt△DCG中, 由勾股定理得:CD=6√2051 1 1
CE+AF= (CE+2AF); CE+AF的最小值为3√205
2 2 2
考点二:特殊平行四边形中的加权逆等线模型
【例 2】.如图,在正方形 ABCD 中,AB=1,E、F 分别为 CB、DC 上的动点,且 BE=2DF,求
DE+2AF的最小值.
解:如图,延长BA至点D' ,使得AD'
=1;作点D
关于BC的对称点D'' 连接D' E,D''
E
易知BD'
=2
DE=D''
E
BD' BE 2
∵ = =
AD DF 1
∴ΔBD'E与ΔDAF相似
D' D'' D'' D'
∴ E=2AF ∵DE= E ∴DE+2AF= E+ E
D' D'' D'' D'
当 、E、 三点一线时, E+ E取到最小值.
D'' D'
此时 E+ E=√10 ∴ DE+2AF最小值为√10
变式训练
【变式2-1】.如图,在矩形ABCD中,AD=4,AB=4√3,点E、F分别是BD,BC上的一动点,且BF=2DE,则AF+2AE的最小值为多少?
解: 连接 D F, 延长D C至点 , 使 , 连接A G, 易证
的最小值是
.
【变式2-2】.如图,在菱形ABCD中,∠BAD=120°,CD=4,M,N分别是边AB,AD的动点,
满足AM=DN,连接CM、CN,E是边CM上的动点,F是CM上靠近C的四等分点,连接AE、
BE、NF,当△CFN面积最小时, BE+AE的最小值为 .
解:如图,连接MN、AC,
∵四边形ABCD是菱形,∠BAD=120°,
∴AB=AD=CD,∠BAC=∠DAC=∠ADC=60°,∴△ADC和△ABC为等边三角形,∴AC=DC,∠ACD=60°,
∵AM=DN,∴△AMC≌△DNC(SAS),
∴CM=CN,∠DCN=∠ACM,
∴∠MCN=∠MCA+∠ACN=∠DCN+∠ACN=∠ACD=60°,
∴△CMN为等边三角形,
∵点F是CM上靠近点C的四等分点,∴S = S ,
△CFN △CMN
∴△CMN的面积最小时,△CFN的面积也最小,
∵S = ,
△CMN
∴当CN和CM长度最短时,S 的面积最小,即CN⊥AD,CM⊥AB时△CFN的面积最小,
△CMN
取BE的中点为点G,连接MG,
∵△ABC为等边三角形,CM⊥AB,∴点M是AB的中点,
∴AE=BE,∴MG= AE= BE,∴ BE+AE= AE+AE= AE,
∵点E是CM上的动点,∠AME=90°,∴AE的最小值即为AM的长度,
∵CD=4,∴AM= AB=2,∴( BE+AE) = ×2=3,故答案为:3.
最小值实战演练
1.如图,等腰 ,D、E分别是 AB、BC边上的动点,且满足 ,
求 的最小值.
A
D
B C
E
解:首先需要构建出 ,其次需要将AE和 放到同一直线上.
如图所示,构建 ,且相似比为 ,则
此时 即最小值为M N;
如图所示,当A、 E 、F三点共线时,取得最小值为AF;
接下来,我们求解AF的长度.
∴ CD的最小值为 .
G
A
D
B C
E
F
2.如图,M为矩形ABCD中AD边中点,E、F分别为BC、CD上的动点,且BE=2DF,若AB=1,BC=2,则ME+2AF的最小值为 .
方法一
解:如图,过点M作MH⊥BC于H.设DF=x,则BE=2x.
∵四边形ABCD是矩形,
∴∠BAD=∠B=∠D=90°,
∵MH⊥BC,
∴∠MHB=90°,
∴四边形ABHM是矩形,
∴AM=DM=BH=1,AB=MH=1,
∴EH=1﹣2x,
∴ME+2AF= +2 = + ,
欲求ME+2AF的最小值,相当于在x轴上找一点Q(2x,0),使得点Q到J(0,4),和K
(1,1)的距离之和最小(如下图),
作点J关于x轴的对称点J′,连接KJ′交x轴于Q,连接JQ,此时JQ+QK的值最小,最小值=KJ′,
∵J′(0,﹣4),K(1,1),
∴KJ′= = ,
∴ME+2AF的最小值为 , 故答案为 .
方法二
延长AB至点G,使得BG=4,连接GE
作点G关于直线BC的对称点N,连接EN,MN
∴GE=NE
易证△BGE∽△DAF,∴GE=2AF
故 ME+2AF=ME+GE=ME+NE
当M 、E、 N三点共线时,ME+NE取到最小值
此时ME+NE=MN
在Rt△MNA中,由勾股定理可得:MN=√26
AP 2
3.如图,在正方形ABCD中,P为AD上一点,且 = ,E、F分别为CD、BC上的动点,且
PD 1BF=3DE,若AD=3,求PF+3AE的最小值.
解:延长BA到点G,使得BG=3AD=9,作点G关于直线BC的对称点H
连接GF,FH,由对称原理可知:FH=GF
易证△GBF∽△ADE ∴GF=3AE 故PF+3AE=PF+GF=PF+FH
当P、F、H三点共线时,PF+FH取到最小值
此时PF+FH=PH
在Rt△ABP中,由勾股定理可得:PH=2√37
∴PF+3AE最小值为2√37
4.如图,在Rt△ACB,∠BCA=90°,∠A=30°,AC= ,点D在线段AB上,点E在线段
AB的延长线上,且BE=AD,则CE+CD的最小值是 .解:如图所示,作点C关于AB的对称点G,连接CG,DG,AG,
则CD=GD,AC=AG,∠CAG=2∠CAB=60°,CG⊥AB,
∴△ACG是等边三角形,
∴CG=AC= ,
如图,以DE,DG为边作平行四边形DEHG,则DG=EH,HG∥DE,
∴EH=CD,CG⊥GH,
∴CD+CE=HE+CE,
∴当C,E,H在同一直线上时,连接CH,CE+CD的最小值等于CH的长,
∵Rt△ACB中,∠BCA=90°,∠A=30°,AC= ,
∴BC=tan30°×AC=1,AB=2BC=2,
∵DA=BE,
∴AB=DE=2,
∴平行四边形DEHG中,HG=2,
∴Rt△CGH中,CH= = = ,
∴CE+CD的最小值等于 ,
故答案为: .
5.如图,在矩形ABCD中,AB=4,AD=6,点P在边AD上,点Q在边BC上,且AP=CQ,连
接CP,QD,则PC+QD的最小值等于 1 0 .解:如图,连接BP,
在矩形ABCD中,AD∥BC,AD=BC=6,
∵AP=CQ,
∴AD﹣AP=BC﹣CQ,
∴DP=QB,DP∥BQ,
∴四边形DPBQ是平行四边形,
∴PB∥DQ,PB=DQ,
则PC+QD=PC+PB,则PC+QD的最小值转化为PC+PB的最小值,
在BA的延长线上截取AE=AB=4,连接PE,
则BE=2AB=8,
∵PA⊥BE,
∴PA是BE的垂直平分线,
∴PB=PE,
∴PC+PB=PC+PE,
连接CE,则PC+QD=PC+PB=PC+PE≥CE,
∴CE= = =10,
∴PC+PB的最小值为10,
即PC+QD的最小值为10,
故答案为:10.
6.如图,平行四边形ABCD,AB>AD,AD=4,∠ADB=60°,点E、F为对角线BD上的动点,
DE=2BF,连接AE、CF,则AE+2CF的最小值为 .解:如图,在直线DB的上方作∠BDT=60°,且使得DT=2BC.过点T作TH⊥AD交AD的延长
线于H.
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴BC∥AD,AD=BC=4,
∴∠ADB=∠DBC=60°,
∴∠CBF=∠TDE,
BC BF 1
∵ = = ,
DT DE 2
∴△CBF∽△TDE,
CF BC 1
∴ = = ,
ET DT 2
∴ET=2CF,
∵∠TDH=180°﹣60°﹣60°=60°,∠H=90°,DT=2BC=8,
∴DH=DT•cos60°=4,HT=√3DH=4√3,
∴AH=AD+DH=8,
∴AT=√AH2+HT2=√82+(4√3) 2=4√7,
∵AE+2CF=AE+ET,AE+ET≥AT,
∴AE+2CF≥4√7,
∴AE+2CF的最小值为4√7. 故答案为:4√7.
7.问题提出:(1)如图①,在正方形ABCD中,E为边AB上一点(点E不与点A、B重合),连接DE,
过点A作AF⊥DE,交BC于点F,则DE与AF的数量关系是:DE = AF;
问题探究:
(2)如图②,在矩形ABCD中,AB=4,AD=6,点E、F分别在边AB、CD上,点M为线段
EF上一动点,过点M作EF的垂线分别交边AD、BC于点G、点H.若线段EF恰好平分矩形
ABCD的面积,且DF=1,求GH的长;
问题解决:
(3)如图③,在正方形ABCD中,M为AD上一点,且 ,E、F分别为BC、CD上的动点
且BE=2DF,若AB=4,求ME+2AF的最小值.
解:(1)如图1,
DE=AF,理由如下:
在正方形ABCD中,
∠ABC=∠BAD=90°,AD=AB,∴∠BAF+∠AFB=90°,
∵AF⊥DE,
∴∠AOE=90°,∴∠BAF+∠AED=90°,∴∠AFB=∠AED,
∴△ABF≌△DAE(AAS),∴DE=AF,
故答案是“=”;(2)如图2,
连接AC,交EF于O,
∵线段EF恰好平分矩形ABCD的面积,∴O是矩形的对称中心,∴BE=DF=1,
作DI∥EF,AJ∥GH,
∵四边形ABCD是矩形,∴DF∥IE,
∴四边形DIEF是平行四边形,∴EI=DF=1,∴AI=AB﹣BE﹣EI=2,
同理可得,
AJ=GH,
∵EF⊥GH,∴DI⊥AJ,
由(1)得,
∠AID=∠AJB,
∴△ADI∽△BAJ,∴ = ,∴ = ,∴BJ= ,
在Rt△ABJ中由勾股定理得,
AJ= = = ,∴GH= ;(3)如图3,
作EG⊥AD于G,∵ ,AD=4,∴AM=3,
设DF=a,则BE=2a,∴GM=AM﹣AG=3﹣2a,
在Rt△ADF中,AF= = ,
在Rt△EGM中,
ME= = ,
∴ME+2AF= +
= +
ME+2AF最小值可以看作在平面直角坐标系中,
点H(2a,0)到定点I(3,4),J(0,8)的距离之和最小,
如图4,
作J的对称点K,连接KI,
则KI与x轴的交点是H点,此时ME最小,作IK⊥y轴于T,∴(ME+2AF) =KI= = =3 .
最小
8.如图,在△ABC中,∠ABC=60°,BC=6,AC=8,D、E分别为边AC、AB上两个动点.
(1)如图1,若D为AC中点,且DE平分△ABC的周长;
ⅰ)求AE﹣BE的值;
ⅱ)求证:∠AED=30°,并直接写出DE的值;
(2)如图2,若AE=CD,连接BD、CE,求BD+CE的最小值.
解:(1)ⅰ)∵AC=8,D为AC中点,∴AD=CD=4,
∵BC=6,DE平分△ABC的周长,∴AD+AE=CD+BC+BE,
∴4+AE=4+6+BE,∴AE﹣BE=6;
ⅱ)如图1,取AB的中点F,连接DF,
∵D为AC中点,∴DF∥BC,DF= BC= ×6=3,∴∠AFD=∠B=60°,
∵∠AFD=∠AED+∠FDE,∠AED=30°,∴∠FDE=30°,
∴∠AED=∠FDE,∴EF=DF=3,
过F作FH⊥DE于H,∴FH= EF= ,EH=DH,
∴EH= = ,∴DE=2EH=3 ;(2)证明:过点C向上作CM∥AB,使CM=AC,连接BM,
过点M作MN⊥BC交BC的延长线于点N,
∵CM∥AB,∴∠A=∠ACM,
在△EAC和△DCM中, ,
∴△EAC≌△DCM(SAS),∴CE=MD,
当点B,D,M三点在同一条直线上时,BD+MD的值最小为线段BM的长,
即BD+CE的最小值为BM的长,
∵CM∥AB,∴∠MCN=∠ABC=60°,
∵∠N=90°,CM=AC=8,∴∠CMN=30°,
∴CN= CM=4,∴MN=4 ,
∵BC=6,∴BN=BC+CN=6+4=10,
∴BM= = =2 ,∴BD+CE的最小值为2 .9.如图 1,在 ABCD中.AB=6.AC与BD交于点O,点E,F分别是线段AC,CD上的动点
▱
(点E,F不与A,C,D重合).AE=CF.设∠ACD=a,将线段AD绕点A按逆时针方向旋
转a得到AP,连接PE,BE,BF.
(1)求证:△APE≌△CBF:
(2)如图2,若∠BOA=90°,∠ACD=40°,且点B、E、P在一条直线上,求BE+BF的值;
(3)当OB=OC,∠ACD=60°时,BE+BF长的最小值是 .
解:(1)∵∠ACD=∠PAD,∠DAC=∠ACB ∴∠PAE=∠BCF
∵AP=BC,AE=CF∴△APE≌△CBF(SAS)
(2)由(1)可知△APE≌△CBF
∴EP=BF ∴BP=BE+PF=BE+BF
∵∠BOA=90° ∴平行四边形ABCD为菱形 ∴AP=AD=AB
∵∠PAD=40° ∴∠PAB=120° ∴∠P=30°
如图,作AH⊥PB,垂足为H
在Rt△AHP中 AP=6 ∴HP=3 ∴BP=6 ∴BE+BF=6
(3)如图,PH垂直BA的延长线于H
∵OB=OC ∴ ABCD为矩形
▱
由(1)可知△APE≌△CBF ∴BE+BF的最小值即为BP长
在Rt△AHP中,AP=6 ,∠PAH=30° ∴HP=3 ,AH=9在Rt△BHP中,BH=15,HP=3
∴BP= =6 ∴BE+BF的最小值6
10.平行四边形ABCD中,N为线段CD上一动点.
(1)如图1,已知∠ADC<90°.若DR=BN,求证:四边形DRBN为平行四边形;
(2)如图2,已知∠ABC=60°.若BN为∠ABC的角平分线,T为线段BN上一点,DT的延
长线交线段BC于点M,满足:tan∠BTM= 且DN=BM.请认真思考(1)中图形,探究
的值.
(3)如图3,平行四边形ABCD中,∠ABC=60°,AB=BC=2,P在线段BD上,Q在线段
CD上,满足:BP=2CQ.直接写出(2QA+AP)的最小值为 2 .
(1)证明:如图 1中,过点D作DE⊥BA交BA的延长线于E,过点B作BF⊥DC交DC的延
长线于F.
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴AD=BC,∠BAD=∠BCD,AB=CD, ∴∠DAE=∠BCF,
∵∠DEA=∠BFC=90°, ∴△ADE≌△CBF(AAS), ∴DE=BF,AE=CF,
∵DR=BN, ∴Rt△DER≌Rt△BFN(HL), ∴ER=FN, ∴AR=CN,∵AB=CD, ∴BR=DN,
∵DR=BN, ∴四边形DRBN为平行四边形.
(2)解:如图2中,作DR∥BN交AB于R,连RM交BN于点P,
∵BR∥DN,RD∥BN,
∴四边形RBND是平行四边形, ∴BR=DN,
∵DN=BM, ∴BR=BM,
∵∠ABC=60°,BN为∠ABC的角平分线, ∴∠RBP=∠PBM=30°,
∴∠BPR=90°,
∵RD∥BN, ∴∠PRD=∠BPR=90°,
∵RD∥BN, ∴∠BTM=∠RDM,
∵tan∠BTM= , ∴tan∠RDM= ,
设BM=a,则RM=a,
,
过点A作AK⊥RD于点K,
∵∠BRM=60°, ∴∠ARD=30°=∠ADR,
∴DK=RK=a, ∴AD= = = a,
在Rt△RDM中,RM2+RD2=MD2,
∴MD= a, ∴ = = .(3)解:如图3中,连接AC,作CM∥BD,使得CM= AB,连接MQ,AM.
∵四边形ABCD是平行四边形,AB=BC=2,∠ABC=60°, ∴四边形ABCD是菱形,
∴△ABC,△ACD都是等边三角形,∠ABD=∠DBC=∠BDC= ∠ABC=30°,
∴AC=AB=2,∠ACB=∠ACD=60°,
∵CM∥BD, ∴∠DCM=∠BDC=30°, ∴∠ABP=∠MCQ,
∵ = =2, ∴△ABP∽△MCQ, ∴ = =2, ∴QM= PA,
∴2QA+PA=2(AQ+ AP)=2(AQ+QM),
∵AQ+QM≥AM,AM= = = ,
∴AQ+QM的最小值为 , ∴2AQ+PA的最小值为2 . 故答案为: .11.如图,在菱形ABCD中,∠BAD=120°,AB=6,连接BD.
(1)求BD的长;
(2)点E为线段BD上一动点(不与点B,D重合),点F在边AD上,且BE= DF.
①当CE⊥AB时,求四边形ABEF的面积;
②当四边形ABEF的面积取得最小值时,CE+ CF的值是否也最小?如果是,求CE+ CF
的最小值;如果不是,请说明理由.
解:(1)过点D作DH⊥AB交BA的延长线于H,如图:
∵四边形ABCD是菱形, ∴AD=AB=6,
∵∠BAD=120°, ∴∠DAH=60°,
在Rt△ADH中, DH=AD•sin∠DAH=6× =3 ,
AH=AD•cos∠DAH=6× =3, ∴BD= = =6 ;
(2)①设CE⊥AB交AB于M点,过点F作FN⊥AB交BA的延长线于N,如图:
菱形ABCD中,
∵AB=BC=CD=AD=6,AD∥BC,∠BAD=120°, ∴∠ABC+∠BAD=180°,∴∠ABC=180°﹣∠BAD=60°,
在Rt△BCM中,BM=BC•cos∠ABC=6× =3,
∵BD是菱形ABCD的对角线,
∴∠DBA= ABC=30°,
在Rt△BEM中,
ME=BM•tan∠DBM=3× = ,
BE= = =2 ,
∵BE= DF, ∴DF=2, ∴AF=AD﹣DF=4,
在Rt△AFN中, ∠FAN=180°﹣∠BAD=60°, ∴FN=AF•sin∠FAN=4× =2 ,
AN=AF•cos∠FAN=4× =2,
∴MN=AB+AN﹣BM=6+2﹣3=5,
∴S =S +S ﹣S
四边形ABEF △BEM 梯形EMNF △AFN
= EM•BM+ (EM+FN)•MN﹣ AN•FN
= 3+ ( +2 )×5﹣ 2×2
= + ﹣2 =7 ;
②当四边形ABEF的面积取最小值时,CE+ CF的值是最小,
理由:设DF=x,则BE= DF= x,过点C作CH⊥AB于点H,过点F作FG⊥CH于点G,
过点E作EY⊥CH于点Y,作EM⊥AB于M点,过点F作FN⊥AB交BA的延长线于N,如图:∴EY∥FG∥AB,FN∥CH,
∴四边形EMHY、FNHG是矩形,
∴FN=GH,FG=NH,EY=MH,EM=YH,
由①可知:ME= BE= x,
BM= BE= x,
AN= AF= (AD﹣DF)=3﹣ x,
FN= AF= ,
CH= BC=3 ,BH= BC=3,
∴AM=AB﹣BM=6﹣ x,
AH=AB﹣BH=3,
YH=ME= x,
GH=FN= ,
EY=MH=BM﹣BH= x﹣3,
∴CY=CH﹣YH=3 ﹣ x,
FG=NH=AN+AH=6﹣ ,CG=CH﹣GH=3 ﹣ = x,
∴MN=AB+AN﹣BM=6+3﹣ x﹣ x=9﹣2x,
∴S =S +S ﹣S
四边形ABEF △BEM 梯形EMNF △AFN
= EM•BM+ (EM+FN)•MN﹣ AN•FN
= x× x+ ( x+ )•(9﹣2x)﹣ (3﹣ x)•
= x2﹣ x+9= (x﹣3)2+ ,
∵ >0,
∴当x=3时,四边形ABEF的面积取得最小值,方法一:CE+ CF= + •
= +
= + ×
= + ×
= + ,
∵(x﹣3)2≥0,当且仅当x=3时,(x﹣3)2=0,
∴CE+ CF= + ≥12,
当且仅当x=3时,CE+ CF=12,即当x=3时,CE+ CF的最小值为12,
∴当四边形ABEF的面积取最小值时,CE+ CF的值也最小,最小值为12.
方法二:
如图:将△BCD绕点B逆时针旋转60°至△BAG,连接CG,
在Rt△BCG中,CG=2BC=12,
∵ = = ,∠CDF=∠GBE=60°,
∴△BEG∽△DFC,
∴ == = ,即GE= CF,
∴CE+ CF=CE+GE≥CG=12,即当且仅当点C、E、G三点共线时,CE+ CF的值最小,
此时点E为菱形对角线的交点,BD中点,BE=3 ,DF=3,
∴当四边形ABEF的面积取最小值时,CE+ CF的值也最小,最小值为12.
解法二:如图,在 BD上截取 DM,使得 DM=2 ,在 DA上取点 F,连接 DF,使得
△DFM∽△BEC.
则有CE= FM,作点M关于AD阿德对称点M′,
∴CE+ CF= FM+ CF= (CF+FM)= (CF+FM′),
∴C,F,M′共线时,最小,
此时DF=3,可得CE+ CF的值也最小,最小值为12.