深圳市中考备考百师助学培优课程——第3讲:《将军饮马与最值问题》 自主学习单(含答案)

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深圳市中考备考百师助学培优课程——第3讲:《将军饮马与最值问题》 自主学习单(含答案)

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罗湖区中考备考“百师助学”课程之《将军饮马与最值问题》
答案详解
模型一:两定一动
例题:在平面直角坐标系中,已知一次函数y1=k1x+b与坐标轴分别交于A(5,0),B(0,)两点,且与反比例函数的图象在第一象限内交于P,K两点,连接OP,△OAP的面积为.
(1)求一次函数与反比例函数的解析式;
(2)若C为线段OA上的一个动点,当PC+KC最小时,求△PKC的面积.
【解答】解:(1)∵一次函数y1=k1x+b与坐标轴分别交于A(5,0),B(0,)两点,
∴,
解得.
∴一次函数的解析式为:y1=﹣x+,
∵△OAP的面积为.
∴ OA yP=,
∴yP=,
∵点P在一次函数图象上,
∴令﹣x+=,
解得x=4,
∴P(4,).
∵点P在反比例函数的图象上,
∴k2=4×=2.
∴反比例函数的解析式为:y2=;
(2)令﹣x+=,解得x=1或x=4,
∴K(1,2),
作点P关于x轴的对称点P′,连接KP′,线段KP′与x轴的交点即为点C,
∵P(4,).
∴P′(4,﹣).
∴PP′=1,
∴直线KP′的解析式为:y=﹣x+.
令y=0,解得x=.
∴C(,0).
∴S△PKC= (xC﹣xK) PP′
=×(﹣1)×1
=.
∴当PC+KC最小时,△PKC的面积为.
跟踪练习:
1.(2008年深圳中考第14题)要在街道旁修建一个奶站,向居民区A、B提供牛奶,奶站应建在什么地方,才能使从A、B到它的距离之和最短?小聪根据实际情况,以街道旁为x轴,建立了如图所示的平面直角坐标系,测得A点的坐标为(0,3),B点的坐标为(6,5),则从A、B两点到奶站距离之和的最小值是 10 .
【解答】解:点A关于x轴的对称点A1的坐标是(0,﹣3),过点B向x轴作垂线与过A1和x轴平行的直线交于C,
则A1C=6,BC=8,
∴A1B==10
∴从A、B两点到奶站距离之和的最小值是10.
故填10.
2.((2010年深圳中考第22题))如图所示,抛物线y=ax2+c(a>0)经过梯形ABCD的四个顶点,梯形的底AD在x轴上,其中A(﹣2,0),B(﹣1,﹣3).
(1)求抛物线的解析式;
(2)点M为y轴上任意一点,当点M到A,B两点的距离之和为最小时,求此时点M的坐标;
【解答】解:(1)由题意可得:,
解得;
∴抛物线的解析式为:y=x2﹣4;
(2)由于A、D关于抛物线的对称轴(即y轴)对称,连接BD.
则BD与y轴的交点即为M点;
设直线BD的解析式为:y=kx+b(k≠0),则有:

解得;
∴直线BD的解析式为y=x﹣2,点M(0,﹣2);
3.(2012年深圳中考第22题)如图,已知△ABC的三个顶点坐标分别为A(﹣4,0)、B(1,0)、C(﹣2,6).
(1)求经过A、B、C三点的抛物线解析式;
(2)设直线BC交y轴于点E,连接AE,求证:AE=CE;
(3)设抛物线与y轴交于点D,连接AD交BC于点F,试问以A、B、F为顶点的三角形与△ABC相似吗?
(4)若点P为直线AE上一动点,当CP+DP取最小值时,求P点的坐标.
【解答】方法一:
解:(1)设函数解析式为:y=ax2+bx+c,
由函数经过点A(﹣4,0)、B(1,0)、C(﹣2,6),
可得,
解得:,
故经过A、B、C三点的抛物线解析式为:y=﹣x2﹣3x+4;
(2)设直线BC的函数解析式为y=kx+b,
由题意得:,
解得:,
即直线BC的解析式为y=﹣2x+2.
故可得点E的坐标为(0,2),
从而可得:AE==2,CE==2,
故可得出AE=CE;
(3)相似.理由如下:
设直线AD的解析式为y=kx+b,
则,
解得:,
即直线AD的解析式为y=x+4.
联立直线AD与直线BC的函数解析式可得:,
解得:,
即点F的坐标为(﹣,),
则BF==,
又∵AB=5,BC==3,
∴=,=,
∴=,
又∵∠ABF=∠CBA,
∴△ABF∽△CBA.
故以A、B、F为顶点的三角形与△ABC相似.
方法二:
(1)略.
(2)略.
(3)若△ABF∽△ABC,则,即AB2=BF×BC,
∵A(﹣4,0),D(0,4),
∴lAD:y=x+4,lBC:y=﹣2x+2,
∴lAD与lBC的交点F(﹣,),
∴AB=5,BF=,BC=3,
∴AB2=25,BF×BC=×3=25,
∴AB2=BF×BC,
又∵∠ABC=∠ABC,
∴△ABF∽△ABC.
(4)由(3)知:KAE=,KCE=﹣2,
∴KAE×KCE=﹣1,
∴AE⊥CE,
过C点作直线AE的对称点C,点E为CC′的中点,
∴,,
∵C(﹣2,6),E(0,2),
∴C′X=2,C′Y=﹣2,
∵D(0,4),∴lC′D:y=﹣3x+4,
∵lAE:y=x+2,
∴lC′D与lAE的交点P(,).
4.(2014年深圳中考第22题)如图,在平面直角坐标系中,⊙M过原点O,与x轴交于A(4,0),与y轴交于B(0,3),点C为劣弧AO的中点,连接AC并延长到D,使DC=4CA,连接BD.
(1)求⊙M的半径;
(2)证明:BD为⊙M的切线;
(3)在直线MC上找一点P,使|DP﹣AP|最大.
【解答】(1)解:∵M过原点O,与x轴交于A(4,0),与y轴交于B(0,3),
∴AB是⊙M的直径,
由题意可得出:OA2+OB2=AB2,AO=4,BO=3,
∴AB=5,
∴圆的半径为;
(2)证明:由题意可得出:M(2,)
又∵C为劣弧AO的中点,由垂径定理且 MC=,故 C(2,﹣1)
过 D 作 DH⊥x 轴于 H,设 MC 与 x 轴交于 K,
则△ACK∽△ADH,
又∵DC=4AC,
故 DH=5KC=5,HA=5KA=10,
∴D(﹣6,﹣5)
设直线AB表达式为:y=kx+b,

解得:
故直线AB表达式为:y=﹣x+3,
同理可得:根据B,D两点求出BD的表达式为y=x+3,
∵kAB×kBD=﹣1,
∴BD⊥AB,BD为⊙M的切线;
(3)解:取点A关于直线MC的对称点O,连接DO并延长交直线MC于P,
此P点为所求,且线段DO的长为|DP﹣AP|的最大值;
设直线DO表达式为 y=kx,
∴﹣5=﹣6k,
解得:k=,
∴直线DO表达式为 y=x
又∵在直线DO上的点P的横坐标为2,y=,
∴P(2,),
此时|DP﹣AP|=DO==.
模型二:两定一动
例题:如图,在平行四边形中,对角线相交于点O,点E、F分别是边上的点,连接,若,,,则周长的最小值是 .

【解答】解:作点O关于的对称点M,点O关于的对称点N,连接,
由作图得:,,
∴的周长,
∴当四点共线时,即此时的周长最小,最小值为的长,
∵,
∴,
∴是等边三角形,
∴;
过D作交直线于P,
∵四边形是平行四边形,
∴,,
在中,,
∴,
∴,,
∴,
∴点P与点B重合,
∴,

∴的周长最小值为,

跟踪练习:
1.如图,∠AOB=30°,点P是∠AOB内任意一点,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,且OP=6,则△PMN周长的最小值是  6 .
【解答】解:如图
分别作点P关于OA、OB的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点N、M,连接OP、OC、OD、PN、PM,
∵点P关于OA的对称点为C,关于OB的对称点为D,
∴PN=CN,OP=OC,∠COA=∠POA,
∵点P关于OB的对称点为D,
∴PM=DM,OP=OD,∠DOB=∠POB,
∴OC=OD=OP=5cm,
∴∠COD=∠COA+∠POA+∠POB+∠DOB=2∠POA+2∠POB=2∠AOB=60°,
∴△COD是等边三角形,
∴CD=OC=OD=6cm,
∴△PNM的周长的最小值为PN+MN+PM=CN+MN+DMF≥CD=6,
故答案为6.
2.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,AB=10,AD平分∠CAB交BC于D点,E,F分别是AD,AC上的动点,则CE+EF的最小值为  .
【解答】解:如图所示:在AB上取点F′,使AF′=AF,过点C作CH⊥AB,垂足为H.
∵AD平分∠CAB,
∴根据对称知,EF=EF′,
∵,
∴,
∵EF+CE=EF′+EC,
∴当C、E、F′共线,且点F′与H重合时,FE+EC的值最小,最小值为,
故答案为.
3.如图,抛物线y=ax2﹣5ax+c与坐标轴分别交于点A,C,E三点,其中A(﹣3,0),C(0,4),点B在x轴上,AC=BC,过点B作BD⊥x轴交抛物线于点D,点M,N分别是线段CO,BC上的动点,且CM=BN,连接MN,AM,AN.
(1)求抛物线的解析式及点D的坐标;
(2)当△CMN是直角三角形时,求点M的坐标;
(3)试求出AM+AN的最小值.
【解答】解:(1)把A(﹣3,0),C(0,4)代入y=ax2﹣5ax+c得,解得,
∴抛物线解析式为y=﹣x2+x+4;
∵AC=BC,CO⊥AB,
∴OB=OA=3,
∴B(3,0),
∵BD⊥x轴交抛物线于点D,
∴D点的横坐标为3,
当x=3时,y=﹣×9+×3+4=5,
∴D点坐标为(3,5);
(2)在Rt△OBC中,BC===5,
设M(0,m),则CM=BN=4﹣m,CN=5﹣(4﹣m)=m+1,
∵∠MCN=∠OCB,
∴当=时,△CMN∽△COB,则∠CMN=∠COB=90°,即=,解得m=,此时M点坐标为(0,);
当=时,△CMN∽△CBO,则∠CNM=∠COB=90°,即=,解得m=,此时M点坐标为(0,);
综上所述,M点的坐标为(0,)或(0,);
(3)连接DN,AD,如图,
∵AC=BC,CO⊥AB,
∴OC平分∠ACB,
∴∠ACO=∠BCO,
∵BD∥OC,
∴∠BCO=∠DBC,
∵DB=BC=AC=5,CM=BN,
∴△ACM≌△DBN,
∴AM=DN,
∴AM+AN=DN+AN,
而DN+AN≥AD(当且仅当点A、N、D共线时取等号),
∴DN+AN的最小值==,
∴AM+AN的最小值为.
4.如图,在四边形ABCD中,∠B=∠D=90°,∠BAD=120°,AB=2,AD=4,P、Q分别是边BC、CD上的动点,连接AP,AQ,PQ,则△APQ周长的最小值为   .
【解答】解:延长AB到E,使BE=AB,连接PE,延长AD到F,使DF=AD,连接FQ,EF,过点E作EH⊥AD交DA的延长线于点H,
∵∠B=∠D=90°,
∴CB垂直平分AE,CD垂直平分BF,
∴PE=PA,QF=QA,
∴△APQ周长=AP+PQ+QA=EP+PQ+QF≥EF,
∴△APQ周长的最小值为EF的长,
∵∠BAD=120°,AB=2,
∴∠EAH=60°,AE=4,
在Rt△AEH中,
AH=AE cos60°=4×=2,
EH=AE sin60°=4×=,
在Rt△EFH中,
HF=AH+AF=2+8=10,
EF=,
故答案为:.
模型三:两定两动
例题1:如图所示,E为边长是2的正方形ABCD的中点,M为BC上一点,N为CD上一点,连EM、MN、NA,则四边形AEMN周长的最小值为   。
【解答】解:延长AD至A′,使AD=DA′,延长AB至E′,使BE=BE′,连接A′E′,
交BC于M,交DC于N,此时AN=A′N,EM=E′M,四边形AEMN周长=AN+MN+ME+AE=A′E′+AE,根据两点之间线段最短,A′E′+AE就是四边形AEMN周长的最小值;
∵AD=2,AE=BE=1,
∴A′D=AD=2,BE=BE′=1,
∴AE′=3,AA′=4,
∴A′E′==5,
∴四边形AEMN周长的最小值为5+1=6.
例题2:如图,在直角坐标系中,矩形OABC的顶点O在坐标原点,顶点A,C分别在x轴,y轴上,B,D两点坐标分别为B(﹣4,6),D(0,4),线段EF在边OA上移动,保持EF=3,当四边形BDEF的周长最小时,点E的坐标为  (﹣,0) .
【解答】解:在BC上截取BH=3,作点D关于x轴的对称点D',连接D'H交AO于点E,
∴BH=EF=3,BC∥AO,
∴四边形BHEF是平行四边形,
∴BF=EH,
∵点D与点D'关于x轴对称,
∴DE=D'E,点D'坐标为(0,﹣4),
∵四边形BDEF的周长=EF+BF+BD+DE,
∴四边形BDEF的周长=EH+ED'+BD+EF,
∵EF和BD是定值,
∴当EH+D'E有最小值时,四边形BDEF的周长有最小值,
∴当点E,点H,点D'共线时,EH+D'E有最小值,
∵点B(﹣4,6),
∴点H(﹣1,6),
设直线D'H的解析式为y=kx+b,
则,
解得:,
∴直线D'H的解析式为y=﹣10x﹣4,
∴当y=0时,x=﹣,
∴点E(﹣,0),
故答案为:(﹣,0).
跟踪练习:
如图,在平面直角坐标系中,已知,在x轴上取两点C,D(点C在点D左侧),且始终保持,线段在x轴上平移,当的值最小时,点C的坐标为 .
【解答】解:如图,作点B关于x轴的对称点B′,将B′向右平移1个单位得到B″,连接AB″,与x轴交于点D,过点B′作AB″的平行线,与x轴交于点C,
可知四边形B′B″DC为平行四边形,
则B′C=B″D,
由对称性质可得:BC=B′C,
∴AD+BC=AD+B′C=AD+B″D=AB″,
则此时AB″最小,即AD+BC最小,
∵A(3,6),B(-2,2),
∴B′(-2,-2),
∴B″(-1,-2),
设直线AB″的表达式为:y=kx+b,
则,解得:,
∴直线AB″的表达式为:y=2x,
令y=0,解得:x=0,即点D坐标为(0,0),
∴点C坐标为(-1,0),
故答案为:(-1,0).
2.(2011年深圳中考第23题)如图1,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点为C(1,4),交x轴于A、B两点,交y轴于点D,其中点B的坐标为(3,0).
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图2,过点A的直线与抛物线交于点E,交y轴于点F,其中点E的横坐标为2,若直线PQ为抛物线的对称轴,点G为直线PQ上的一动点,则x轴上是否存在一点H,使D、G,H、F四点所围成的四边形周长最小?若存在,求出这个最小值及点G、H的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)如图3,在抛物线上是否存在一点T,过点T作x轴的垂线,垂足为点M,过点M作MN∥BD,交线段AD于点N,连接MD,使△DNM∽△BMD?若存在,求出点T的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)设抛物线的解析式为:y=a(x﹣1)2+4,
∵点B的坐标为(3,0).
∴4a+4=0,
∴a=﹣1,
∴此抛物线的解析式为:y=﹣(x﹣1)2+4=﹣x2+2x+3;
(2)存在.
抛物线的对称轴方程为:x=1,
∵点E的横坐标为2,
∴y=﹣4+4+3=3,
∴点E(2,3),
∴设直线AE的解析式为:y=kx+b,
∴,
∴,
∴直线AE的解析式为:y=x+1,
∴点F(0,1),
∵D(0,3),
∴D与E关于x=1对称,
作F关于x轴的对称点F′(0,﹣1),
连接EF′交x轴于H,交对称轴x=1于G,
四边形DFHG的周长即为最小,
设直线EF′的解析式为:y=mx+n,
∴,
解得:,
∴直线EF′的解析式为:y=2x﹣1,
∴当y=0时,2x﹣1=0,得x=,
即H(,0),
当x=1时,y=1,
∴G(1,1);
∴DF=2,FH=F′H==,DG==,
∴使D、G,H、F四点所围成的四边形周长最小值为:DF+FH+GH+DG=2+++=2+2;
(3)存在.
∵BD==3,
设M(c,0),
∵MN∥BD,
∴,
即=,
∴MN=(1+c),DM=,
要使△DNM∽△BMD,
需,即DM2=BD MN,
可得:9+c2=3×(1+c),
解得:c=或c=3(舍去).
当x=时,y=﹣(﹣1)2+4=.
∴存在,点T的坐标为(,).
3.((2019年深圳中考第22题))如图抛物线y=ax2+bx+c经过点A(﹣1,0),点C(0,3),且OB=OC.
(1)求抛物线的解析式及其对称轴;
(2)点D、E是直线x=1上的两个动点,且DE=1,点D在点E的上方,求四边形ACDE的周长的最小值.
【解答】解:(1)∵OB=OC,∴点B(3,0),
则抛物线的表达式为:y=a(x+1)(x﹣3)=a(x2﹣2x﹣3)=ax2﹣2ax﹣3a,
故﹣3a=3,解得:a=﹣1,
故抛物线的表达式为:y=﹣x2+2x+3…①,
函数的对称轴为:x=1;
(2)四边形ACDE的周长=AC+DE+CD+AE,其中AC=、DE=1是常数,
故CD+AE最小时,周长最小,
取点C关于直线x=1对称点C′(2,3),则CD=C′D,
取点A′(﹣1,1),则A′D=AE,
故:CD+AE=A′D+DC′,则当A′、D、C′三点共线时,CD+AE=A′D+DC′最小,周长也最小,
四边形ACDE的周长的最小值=AC+DE+CD+AE=+A′D+DC′=+A′C′=+;
2《将军饮马与最值问题》自主学习单
红桂中学 陈伟钊
最值问题在现实生活中经常遇到,初中阶段主要以“两点之间,线段最短”以及“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短”、三角形三边关系为基础知识,有时还要借助轴对称、平移、构造平行四边形等变换进行研究.
本专题以“将军饮马模型”为载体开展对最值问题的研究,让学生经历将实际问题抽象为数学的线段和最小问题,再利用轴对称将线段和最小问题转化为“两点之间,线段最短”以及“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短”、三角形三边关系问题.
学习过程:
模型一:两定一动
【问题1】在直线l上求一点P,使PA+PB最小
原理:
【问题2】在直线l上求一点P,使PA+PB最小
原理:
【问题3】在直线l上求一点P,使|PA-PB|最大
原理:
【问题4】在直线l上求一点P,使|PA-PB|最大
原理:
例题:在平面直角坐标系中,已知一次函数与坐标轴分别交于,两点,且与反比例函数的图象在第一象限内交于P,K两点,连接,的面积为.
(1)求一次函数与反比例函数的解析式;
(2)若C为线段上的一个动点,当最小时,求的面积.
跟进练习:
1、(2008年深圳中考第14题)要在街道旁修建一个奶站,向居民区A、B提供牛奶,奶站应建在什么地方,才能使从A、B到它的距离之和最短?小聪根据实际情况,以街道旁为x轴,建立了如图所示的平面直角坐标系,测得A点的坐标为(0,3),B点的坐标为(6,5),则从A、B两点到奶站距离之和的最小值是  .
2、(2010年深圳中考第22题)如图所示,抛物线y=ax2+c(a>0)经过梯形ABCD的四个顶点,梯形的底AD在x轴上,其中A(﹣2,0),B(﹣1,﹣3).
(1)求抛物线的解析式;
(2)点M为y轴上任意一点,当点M到A,B两点的距离之和为最小时,求此时点M的坐标;
3、(2012年深圳中考第22题)如图,已知△ABC的三个顶点坐标分别为A(﹣4,0)、B(1,0)、C(﹣2,6).
(1)求经过A、B、C三点的抛物线解析式;
(2)设直线BC交y轴于点E,连接AE,求证:AE=CE;
(3)设抛物线与y轴交于点D,连接AD交BC于点F,试问以A、B、F为顶点的三角形与△ABC相似吗?
(4)若点P为直线AE上一动点,当CP+DP取最小值时,求P点的坐标.
4、(2014年深圳中考第22题)如图,在平面直角坐标系中,⊙M过原点O,与x轴交于A(4,0),与y轴交于B(0,3),点C为劣弧AO的中点,连接AC并延长到D,使DC=4CA,连接BD.
(1)求⊙M的半径;
(2)证明:BD为⊙M的切线;
(3)在直线MC上找一点P,使|DP﹣AP|最大.
模型二:一定两动
【问题1】在直线,上分别求点M,N,使△PMN周长最小
【问题2】在直线,上分别求点A,B,使PB+AB最小
【问题3】在直线l上求两点M,N(M在左)且MN=a,求AM+AN的最小值
例题:如图,在平行四边形中,对角线相交于点O,点E、F分别是边上的点,连接,若,,,则周长的最小值是 .
跟踪练习:
1、如图,点P是∠AOB内任意一点,∠AOB=30°,OP=6,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,则△PMN周长的最小值为___________.
第1题 第2题
2、(2023下·湛江·二模)如图,在中,,,,,平分交于点,点、分别是、边上的动点,则的最小值为 .
3、如图,抛物线y=ax2﹣5ax+c与坐标轴分别交于点A,C,E三点,其中A(﹣3,0),C(0,4),点B在x轴上,AC=BC,过点B作BD⊥x轴交抛物线于点D,点M,N分别是线段CO,BC上的动点,且CM=BN,连接MN,AM,AN.
(1)求抛物线的解析式及点D的坐标;
(2)当△CMN是直角三角形时,求点M的坐标;
(3)试求出AM+AN的最小值.
4、(2023·西安·二模)如图,在四边形中,,,,,、分别是边、上的动点,连接,,,则周长的最小值为 .
模型三:两定两动
【问题1】P,Q为定点,在直线,上分别求点M,N,使四边形PQMN周长最小
【问题2】A,B分别为,上的定点,M,N分别为,上的动点,求最小值
【问题3】在直线l上求两点M,N(M在左)且MN=a,求四边形ABNM周长的最小值
例题1:如图所示,E为边长是2的正方形ABCD的中点,M为BC上一点,N为CD上一点,连EM、MN、NA,则四边形AEMN周长的最小值为   。
例题2:如图,在直角坐标系中,矩形OABC的顶点O在坐标原点,顶点A,C分别在x轴,y轴上,B,D两点坐标分别为B(﹣4,6),D(0,4),线段EF在边OA上移动,保持EF=3,当四边形BDEF的周长最小时,点E的坐标为 .
跟踪练习:
1、(2011年深圳中考第23题)如图1,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点为C(1,4),交x轴于A、B两点,交y轴于点D,其中点B的坐标为(3,0).
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图2,过点A的直线与抛物线交于点E,交y轴于点F,其中点E的横坐标为2,若直线PQ为抛物线的对称轴,点G为直线PQ上的一动点,则x轴上是否存在一点H,使D、G,H、F四点所围成的四边形周长最小?若存在,求出这个最小值及点G、H的坐标;若不存在,请说明理由;
2、(2019年深圳中考第22题)如图抛物线y=ax2+bx+c经过点A(﹣1,0),点C(0,3),且OB=OC.
(1)求抛物线的解析式及其对称轴;
(2)点D、E是直线x=1上的两个动点,且DE=1,点D在点E的上方,求四边形ACDE的周长的最小值.
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