幾何圖形的知識(shí)一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn),它的特點(diǎn)是空間想象力和抽象思維的能力體現(xiàn),而動(dòng)點(diǎn)問題就要求更高,本文拿幾何動(dòng)點(diǎn)最值計(jì)算問題為例來說明如何解決這類題型。為解決有關(guān)運(yùn)動(dòng)問題的最值計(jì)算,通常需用到兩種基本模型和一個(gè)基本原理:
模型一 點(diǎn)在直線上運(yùn)動(dòng),如下圖,點(diǎn)P 在直線l 上運(yùn)動(dòng),則直線外定點(diǎn)A 與點(diǎn)P 的最小距離為AP 1 時(shí)AP 的長(zhǎng)最?。创咕€段最短);
基本原理 當(dāng)點(diǎn)P 跟隨另一點(diǎn)A 運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)時(shí),我們把點(diǎn)A 叫作主動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)P 叫作從動(dòng)點(diǎn).若主動(dòng)點(diǎn)A 在某一直線l 上運(yùn)動(dòng),則從動(dòng)點(diǎn)P 也在直線上運(yùn)動(dòng)(可能是直線l 也可能是直線m);若主動(dòng)點(diǎn)A 在圓上運(yùn)動(dòng),則從動(dòng)點(diǎn)P 也在圓上運(yùn)動(dòng)。
掌握以上兩個(gè)基本模型及原理,可以快速有效地解決有關(guān)運(yùn)動(dòng)為背景的最大(小)值問題。
例1 如圖1-1,等邊三角形ABC 的邊長(zhǎng)為4,點(diǎn)D 在AC 邊上運(yùn)動(dòng),以BD為斜邊在BD 上方作含30°角的直角三角形BDE,連接AE,則AE 的最小值為_________。
解析:①點(diǎn)E 隨著點(diǎn)D 的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng),點(diǎn)D 在AC 邊上運(yùn)動(dòng)(在直線上運(yùn)動(dòng)),故點(diǎn)E 也在直線上運(yùn)動(dòng),如圖1-2;②AE 的最小值就是當(dāng)AE 與直線垂直時(shí)的長(zhǎng),點(diǎn)E 運(yùn)動(dòng)軌跡(直線)在哪呢(如何確定)?應(yīng)找兩個(gè)特殊點(diǎn)來確定——當(dāng)D 與C 重合時(shí),E為AC 中點(diǎn)(如圖1-3);當(dāng)D 在AC中點(diǎn)處時(shí),E 在AB 上(如圖1-4),所以點(diǎn)E 實(shí)際就是在圖1-4 中的直線DE 上運(yùn)動(dòng).顯然在Rt
例2 (河南)如圖2-1,在△ABC 與△ADE中,∠BAC=∠DAE=90°,AB=AC=10,AD=AE=4,把△DAE 繞著點(diǎn)A 在平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)過程中,M、P、N 始終分別為DE、CD、BC 的中點(diǎn),求△PMN 面積的最大值和最小值。
解析:1、在△PMN 中,N是定點(diǎn),P、M 隨著△ADE 的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng),易證△PMN是等腰直角三角形,故△PMN 的面積===即△PMN 的面積隨著邊長(zhǎng)的增大而增大;
2、如何求邊長(zhǎng)的最大值呢?
①對(duì)于邊長(zhǎng)MN,N是定點(diǎn),M是動(dòng)點(diǎn).點(diǎn)M是DE 的中點(diǎn),AM=,在△ADE 繞點(diǎn)A 旋轉(zhuǎn)過程中,點(diǎn)M 也繞點(diǎn)A 旋轉(zhuǎn)(點(diǎn)M 在以A為圓心,為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),如圖2-2),顯然MN 最大為,?MN 最小為,?故△PMN 的面積最大為,最小為;②對(duì)于邊長(zhǎng)PN,N是定點(diǎn),P是動(dòng)點(diǎn),但點(diǎn)P 的運(yùn)動(dòng)軌跡無法判斷(圓心不好確定),因此我們必須找到PN 的“親戚”來幫助(自己解決不了的事,就要善于找人代勞,這就是所謂的“轉(zhuǎn)化”,“不轉(zhuǎn)化,無數(shù)學(xué)”),由中位線性質(zhì)可知,于邊長(zhǎng)BD,B是定點(diǎn),D是動(dòng)點(diǎn)(顯然點(diǎn)D 在以A為圓心,4為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),如圖2-3),因此最大為BDAD=10-4=6,MN 最小為AB-AD=10-4=6,同理可求△PMN 的面積最大為,最小為;③對(duì)于邊長(zhǎng)PM,可轉(zhuǎn)化為CE 來解決,不再贅述。
例3 如圖3-1,在平面直角坐標(biāo)系內(nèi),點(diǎn)A(2,0),B (5,0),動(dòng)點(diǎn)P 與A 的距離為2,以P為直角頂點(diǎn),BP為直角邊作等腰直角三角形BPM,求線段AM 的最大值及此時(shí)點(diǎn)P 的坐標(biāo)。
解析:由題意可知,①點(diǎn)P 在以A為圓心,2為半徑的圓上運(yùn)動(dòng);②△PBM為等腰直角三角形,其邊長(zhǎng)隨著點(diǎn)P 的運(yùn)動(dòng)而變化;③點(diǎn)M 也隨著點(diǎn)P 的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng),雖然知道其運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,但卻無法確定其圓心;④由∠BPM=90°,所以點(diǎn)M可能在P 的上方也可能在P 點(diǎn)下方,如圖3-2,求解時(shí)需分類討論。
我們以PA為直角邊作等腰直角三角形APA’,如圖3-3,就將AM 轉(zhuǎn)化為A’ B 了(即AM=A’ B,求線段AM 的最大值就是求A’ B 的最大值),在△AA’ B 中,AB=3,所以A’ B 的最大值為,此時(shí)A’ 恰好在射線BA 上,P 在線段AA’的垂直平分線上.當(dāng)M 在x 軸上方時(shí),點(diǎn)P 坐標(biāo)為(,)如圖3-4;當(dāng)M 在x 軸下方時(shí),點(diǎn)P 坐標(biāo)為(,-)如圖3-5.
求解有關(guān)運(yùn)動(dòng)為背景的最值問題,要訣是①畫出草圖;②明確運(yùn)動(dòng)類型(沿直線運(yùn)動(dòng),還是沿圓周運(yùn)動(dòng)?);③若有多個(gè)動(dòng)點(diǎn),需進(jìn)一步明確誰是主動(dòng)點(diǎn),誰是從動(dòng)點(diǎn)?④無法直接求出,則需轉(zhuǎn)化。