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模型10加权逆等线最值模型(解析版)_中考复习资料_语数英物化_2数学中考复习_2023年中考复习资料_专项复习_备战2023年中考数学解题大招复习讲义(全国通用)

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模型10加权逆等线最值模型(解析版)_中考复习资料_语数英物化_2数学中考复习_2023年中考复习资料_专项复习_备战2023年中考数学解题大招复习讲义(全国通用)
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docx
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0.770 MB
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30 页
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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.