将军饮马问题的11个模型及例题.docx

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将军饮马问题的11个模型及例题

将军饮马问题

问题概述

路径最短、线段和最小、线段差最大、周长最小等一系列最值问题

方法原理

1.两点之间,线段最短;2.三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边;

3•中垂线上的点到线段两端点的距离相等;4.垂线段最短.

基本模型

1.

已知:

如图,定点A、B分布在定直线I两侧;

 

解:

连接AB交直线I于点P,

2.

已知:

如图,定点A和定点B在定直线I的同侧

要求:

在直线I上找一点P,使得PA+PB直最小

(或△ABP的周长最小)

解:

作点A关于直线I的对称点A',连接A'B交I于P,

点P即为所求;

需PA'+PB值最小,从而转化为模型1.

 

3.

4.

已知:

如图,定点AB分布在定直线I的同侧(A、B两

点到I的距离不相等)

要求:

在直线I上找一点P,使丨PA-PB|的值最大

解:

连接BA并延长,交直线I于点P,点P即为所求;

理由:

此时|PA-PB|=AB,在I上任取异于点P的一点P',

连接AP'、BP',由三角形的三边关系知|P'A-P'B|

即|P'A-P'B|<|PA-PB|

已知:

如图,定点AB分布在定直线I的两侧(A、B两

点到I的距离不相等)

要求:

在直线I上找一点P,使|PA-PB|的值最大

解:

作点B关于直线I的对称点B',连接B'A并延长交

于点P,点P即为所求;

J/I

1

理由:

根据对称的性质知1为线段BB'的中垂线,由中垂

『□—i

F、i

线的性质得:

PB-PB,要使|PA-PB|最大,则需

|PA-PB'|值最大,从而转化为模型3.

典型例题1-1

2

如图,直线y=§x+4与x轴、y轴分别交于点A和点B,点C、D分

别为线段AB0B的中点,点P为0A上一动点,当PC+PD最小时,

点P的坐标为,此时PC+PD勺最小值为.

【分析】符合基本模型2的特征,作点D关于x轴的对称点D',连接CD'交x轴于点P,此时PC+PD直最小,由条件知CD为△BAO的中位线,0P为△CDD'的中位线,易求0P长,从而求出P点坐标;PC+PD勺最小值即CD'长,可用勾股定理(或两点之间的距离公式,实质相同)计算

【解答】连接CD作点D关于x轴的对称点D',连接CD交x轴

2

于点P,此时PC+PD直最小.令y=^x+4中x=0,则y=4,

3

22

•••点B坐标(0,4);令y=-x+4中y=0,则-x+4=0,解得:

x=-6,二点A的坐标

33

为(-6,0).•••点C、D分别为线段ABOB的中点,•CDBAO的中位线,

•CD//x轴,且CD=2AO=3

•••点D'和点D关于x轴对称,•O为DD的中点,

D(0,-1),•0卩为厶CDD的中位线,•OP=2CD=3,

•••点P的坐标为(-1,0).在Rt△CDD中,

CD=..CD2DD2=,3242=5,即PC+PD勺最小值为5.

【小结】还可用中点坐标公式先后求出点C、点P坐标;若题型变

化,C、D不是AB和OB中点时,则先求直线CD的解析

式,再求其与x轴的交点P的坐标.

典型例题1-2

2-

\

-1

°

L

\

3r

ft

|PA-PB|的最大值是

如图,在平面直角坐标系中,已知点A的坐标为(0,1),点B

的坐标为(2,-2),点P在直线y=-x上运动,当|PA-PB|最

大时点P的坐标为

【分析】符合基本模型4的特征,作A关于直线y=-x对称点C,连接BC,可得直线BC的方程;求得BC与直线y=-x的交点P的坐标;此时|PA-PB|=|PC-PB|=BC取得最大值,再用两点之间的距离公式求此最大值•

 

【解答】作A关于直线y=-x对称点C,

易得C的坐标为(-1,0);

连接BC,可得直线BC

 

 

的方程为y=-|x-善,与直线

y=-x联立解得交点坐标P为(4,-4);此时|PA

 

-PB|=|PC-PB|=BC取得最大值,

最大值BC=JG1)2

(2)2=卑;

 

 

【小结】“两点一线”大多考查基本模型

2和4,需作一次对称点,连线得交点

 

变式训练1-1

已知菱形OABC在平面直角坐标系的位置如图所示,顶点A(5,0),OB=4v5,点P是对角线OB上的一个动点,D(0,1),当CP+DP最短时,点P的坐标为()

A.(0,0)B.(1,2)C.(5,5)D•(弓,7)

变式训练1-2

如图,菱形ABCD中,对角线AC和BD交于点0,AC=2

BD=2v3,E为AB的中点,P为对角线AC上一动点,贝UPE+PB勺

最小值为.

变式训练1-3

如图,已知直线y=1x+1与y轴交于点A,与x轴交于点D,抛物线y=?

x2+bx+c与直线交于

A、E两点,与x轴交于B、C两点,且B点坐标为(1,0).

(1)求该抛物线的解析式;

拓展模型

 

已知:

如图,A为锐角/MOM—定点;

要求:

在射线OM上找一点P,在射线ON上找一点Q使

AP+PQ的值最小.

解:

过点A作AQLON于点Q,AQ与0M相交于点P,此

时,AP+PQ最小;

理由:

AP+P®AQ当且仅当AP、Q三点共线时,

AP+PQ取得最小值AQ根据垂线段最短,当

AQLON时,AQ最小.

已知:

如图,A为锐角/MON内一定点;

AP+PQ的值最小.

要求:

在射线OM上找一点P,在射线ON上找一点Q使

解:

作点A关于0M的对称点A',过点A'作AQLON

3.

于点QAQ交0M于点P,此时AP+PC最小;

理由:

由轴对称的性质知AP=AP,要使AP+PQ最小,

只需AP+PQ最小,从而转化为拓展模型1

已知:

如图,A为锐角/MON内一定点;

要求:

在射线OMk找一点P,在射线ON上找一点Q使

△APQ的周长最小

解:

分别作A点关于直线OM的对称点Ai,关于ON的对

称点A2,连接AiA2交OM于点P,交ON于点Q,点

P和点Q即为所求,此时△APQ周长最小,最小值

即为线段A1A2的长度;

理由:

由轴对称的性质知AP=AP,AQ=AQ△APQ的周

长AP+PQ+AQ=A+PQ+AQ当Ai、P、QA四点共线

时,其值最小•

要求:

在OM上找一点P,在ON上找一点Q,使四边形

APQB勺周长最小

解:

作点A关于直线OM的对称点A',作点B关于直线

ON的对称点B',连接A'B'交OM于P,交ON于Q,则点P、点Q即为所求,此时四边形APQE周长的最小值即为线段AB和A'B'的长度之和;

理由:

AB长为定值,由基本模型将PA转化为PA',将

QB转化为QB,当A'、P、QB'四点共线时,

PA+QQB'的值最小,即PA+PQfQB的值最小.

5.搭桥模型

已知:

如图,直线m//n,A、B分别为m上方和n下方的定

点,(直线AB不与m垂直)

要求:

在mn之间求作垂线段PQ使得AP+PQ+B最小.

分析:

PQ为定值,只需AP+BQ最小,可通过平移,使

P、Q“接头”,转化为基本模型

解:

如图,将点A沿着平行于PQ的方向,向下平移至

点A',使得AA'=PQ连接AB交直线n于点

Q,过点Q作PQLn,交直线m于点P,线段PQ即

为所求,此时AP+PQ+B(最小.

理由:

易知四边形QPAA为平行四边形,则QA=PA

当B、QA'三点共线时,QA+BQ最小,即

AP+BC最小,PQ长为定值,此时AP+PQ+B最小.

6.

已知:

如图,定点AB分布于直线I两侧,长度为a

(a为定值)的线段PQ在I上移动(P在Q左边)要求:

确定PQ的位置,使得AP+PQ+Q最小分析:

PQ为定值,只需AP+QB勺值最小,可通过平移,

使P、Q“接头”,转化为基本模型

解:

将点A沿着平行于I的方向,向右移至A',使

AA'PQ=a,连接A'B交直线I于点Q,在I上截取

PQ=a(P在Q左边),则线段PQ即为所求,此时

AP+PQ+Q的最小值为A'B+PQ即A'B+a

理由:

易知四边形APQA为平行四边形,贝UPA=QA,

当A'、QB三点共线时,QA+QB最小,即PA+QB

最小,又PQ长为定值此时PA+PQ+Q值最小.

已知:

如图,定点A、B分布于直线I的同侧,长度a

(a为定值)的线段PQ在I上移动(P在Q左边)

要求:

确定PQ的位置,使得四边形APQB周长最小分析:

AB长度确定,只需AP+PQ+Q最小,通过作A点

关于I的对称点,转化为上述模型3

解:

作A点关于I的对称点A',将点A'沿着平行于I的方向,向右移至A,‘使AA=PQ=a连接AB交I于Q,在I上截取QP=a(P在Q左边),线段PQ即为所求,此时四边形APQB周长的最小值为

AB+AB+PQ即卩AB+AB+a

典型例题2-1

如图,在矩形ABCD中,AB=10,BC=5若点MN分别是线段

AB上的两个动点,则BM+M的最小值为

【分析】符合拓展模型2的特征,作点B关于AC的对称点E,再过点E作AB的垂线段,该垂线段的长即BM+MN勺最小值,借助等面积法和相似可求其长度•

AC

E

【解答】作点B关于AC的对称点E,再过点E作ENLAB于N,贝UBM+MN=EM+MN

其最小值即EN长;TAB=10,BC=5

二AC=AB2BC2=55,

等面积法求得AC边上的高为105=2.、5,•••BE=4、5,

5/5

易知△AB3AENB

EN=8

即BM+MN勺最小值为8.

【小结】该类题的思路是通过作对称,将线段转化,再根据定理、公理连线或作垂线;可作

定点或动点关于定直线的对称点,有些题作定点的对称点易解,有些题则作动点的

对称点易解.

典型例题2-2

如图,/AOB=60,点P是/AOB内的定点且0P*5,点MN分别

是射线OAOB上异于点O的动点,则厶PMN周长的最小值是()

A.B.C.6D.3

8

 

 

 

3的特征;作P点分别关于OAOB的对称点CD,连接CD分别交

H

f

fi

Sf

C

廿

OCOD

则MP=MCNP=NDOP=OD=OC=,/BOP=zBOD/AOP=AOC

:

.PN+PM+MN=ND+MN+NC=DGCOD2BOP丄BOD+ZAOP+ZAOC=ZAOB=120,

(2)当BP+PM+ME的长度最小时,请求出点P的坐标.

(2)符合“搭桥模型”的特征;首先证明四边形OPME是平行四边形,可得OP=EM

PM是定值,PB+ME=OP+PB的值最小时,BP+PM+ME的长度最小,此时P点为

•••四边形OPME是平行四边形

【分析】符合拓展模型

OAOB于MN,此时△PMN周长最小,其值为CD长;根据对称性连接

CD.

【解答】作P点分别关于OAOB的对称点

CD,连接CD分别交OAOB于MN,如图,

【小结】根据对称的性质,发现△OCD是顶角为120°的

等腰三角形,是解题的关键,也是难点

为x轴,建立直角坐标系,AB交y轴于点D,AD=2OC=6

ZA=60°,线段EF所在的直线为

OD的垂直平分线,点P为

(1)请直接写出点A坐标为

,点B坐标为

【分析】

(1)解直角三角形求出ODBD的长即可解决;

直线OB与EF的交点,结合OB的解析式可得

P点坐标;

(2)如图,连接OP•/EF垂直平分线段ODPMLOC

•ZPEO=ZEOMZPMO=90,•四边形OMPE是矩形,

•PM=OE=「;,•••OE=OE,•PM=OE,PM//OE,

分析条件知△

OCE是顶角为120°的等腰三角形,作底边上高,易求底边

•此时△PMN周长最小,作OHLCD于H,

即厶PMN周长的最小值是3;

故选:

D.

典型例题2-3

如图,已知平行四边形ABCO以点O为原点,OC所在的直线

M点,点E与E'关于x轴

线段EF上的动点,PMLx轴于点

对称,连接BPE'M

【解答】

(1)在Rt△ADO中,vZA=60°,AD=2,

•OD=2^tan60°=2:

•A(-2,2、;),

•••四边形ABCO是平行四边形,•AB=OC=6

•DB=6-2=4,「.B(4,2「;)

贝UCH=DHv

ZOCH=30,^畤畤,

•CD=2CH=3

chV^oh三

 

•••OP=EM:

PM是定值,•••PB+ME=OP+PB勺值最小时,BP+PM+ME的长度最小,

•••当OP、B共线时,BP+PM+ME的长度最小,•••直线OB的解析式为yMI_x,

2

•P(2,好.

【小结】求没有公共端点的两条线段之和的最小值,一般通过作对称和平移(构造平行四边

形)的方法,转化为基本模型

【分析】符合拓展模型7的特征,通过作对称、平移、连线,可找出E、F点,结合直线的

解析式和抛物线的对称轴可解出E、F坐标.

1

(3)只需AF+CE最短,抛物线y=-^x2+x+4的对称轴为x=1,

将点A向上平移至A(-2,1),则AF=AE,作A关于对称轴x=1的对称点

A(4,1),连接AC,A2C与对称轴交于点E,E为所求,可求得A2C的解析式

1773

为y=-[X+2,当x=1时,y=4,•点E的坐标为(1,-),点F的坐标为(1,-)•

变式训练2-1

几何模型:

条件:

如图1,A,B是直线I同旁的两个定点.

问题:

在直线I上确定一点P,使PA+PB的值最小.

方法:

作点A关于直线I的对称点A'连接AB交I于点P,即为所求•(不必证明)模型应用:

(1)如图2,已知平面直角坐标系中两定点A(0,-1)和B(2,-1),P为x轴上一动

点,则当PA+PB的值最小是点P的横坐标是,此时PA+PB.

(2)如图3,正方形ABCD的边长为4,E为AB的中点,P是AC上一动点,连接BD,由

正方形对称性可知,B与D关于直线AC对称•连接ED交AC于P,贝UPB+PE的最小

值是.

(3)如图4,在菱形ABCD中,AB=10,ZDAB=60,P是对角线AC上一动点,E,F分别是线段AB和BC上的动点,贝UPE+PF的最小值是.

(4)如图5,在菱形ABCD中,AB=6,ZB=60°,点G是边CD边的中点,点E.F分别是

 

变式训练2-2

如图,矩形ABCD中,AD=15AB=10,E为AB边上一点,且

DE=2AE连接CE与对角线BD交于F;若P、Q分别为AB边

和BC边上的动点,连接EPPQ和QF则四边形EPQF周长

的最小值是.

变式训练2-3

如图,已知直线l1IIl2,|1、l2之间的距离为8,点P到直线l1的

离为6,点Q到直线丨2的距离为4,PQ=4-「I,在直线li上有一动点A,直线I2上有一动点B,满足AB丄12,且PA+AB+BQt小,此时

PA+BQ=

变式训练2-4

如图,已知在平面直角坐标系xOy中,直角梯形OABC勺边0A在y轴的正半轴上,0C在x轴的正半轴上,OA=AB=20C=3过点B作BD丄BC,交0A于点D.将/DBC绕点B按顺时针方向旋转,角的两边分别交y轴的正半轴、x轴的正半轴于点E和F.

(1)求经过AB、C三点的抛物线的解析式;

(2)当BE经过

(1)中抛物线的顶点时,求CF的长;

(3)在抛物线的对称轴上取两点P、Q(点Q在点P的上方),且PQ=1要使四边形BCPQ的周长最小,求出P、Q两点的坐标.

 

中考真题

2.如图,矩形ABOC的顶点A的坐标为(-4,5),D是OB的中点,E是OC上的一点,当△ADE的周长最小时,点E的坐标是()

A(呻B(0寺C(0,2)

 

9.如图,菱形ABCD的边长为6,/ABC=120,M是BC边的一个三等分点,P是对角线AC

上的动点,当PB+PM勺值最小时,PM的长是()

 

A

1B

3

C.

Vs

10.如图,在

Rt△ABC中,/

ACB=90,

AC=6,BC=8AD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(

A.

40

T

B.

15

C.

24

D.6

(x>0)的图象与边长是6的正方形OABC

11.如图,在平面直角坐标系中,反比例函数y

X

的两边AB,BC分别相交于M,N两点.△OMN勺面积为10.若动点P在x轴上,则PM+PN的最小值是()

明理由.

14.如图,在四边形ABCD中,/B=ZC=90°,AB>CD,AD=AB+CD

(1)用尺规作/ADO的平分线DE交BC于点E,连接AE(保留作图痕迹,不写作法)

(2)在

(1)的条件下,

1证明:

AE±DE

2若CD=2AB=4,点MN分别是AEAB上的动点,求BM+M的最小值.

2

15.如图,抛物线y=ax+bx+c(0)经过点A(-1,0),B(3,0),C(0,3)三点.

(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;

(2)连接ACBC,N为抛物线上的点且在第四象限,当&nb=S^abc时,求N点的坐标;

(3)在

(2)问的条件下,过点C作直线l//x轴,动点P(m3)在直线l上,动点Q(m,

0)在x轴上,连接PMPQNQ当m为何值时,PM+PQ+Q的和最小,并求出PM+PQ+QN和的最小值.

.2

16.如图,直线y=5x+5交x轴于点A,交y轴于点C,过A,C两点的二次函数y=ax+4x+c的图象交x轴于另一点B.

(1)求二次函数的表达式;

(2)连接BC,点N是线段BC上的动点,作ND!

x轴交二次函数的图象于点D,求线段ND长度的最大值;

(3)若点H为二次函数y=ax2+4x+c图象的顶点,点M(4,m)是该二次函数图象上一点,在x轴、y轴上分别找点F,E,使四边形HEFM的周长最小,求出点F,E的坐标.

17.如图1,已知抛物线y=—(x-2)(x+a)(a>0)与x轴从左至右交于A,B两点,与y

a

轴交于点C.

(1)若抛物线过点T(1,-¥),求抛物线的解析式;

4

(2)在第二象限内的抛物线上是否存在点D,使得以A、BD三点为顶点的三角形与△

ABC相似?

若存在,求a的值;若不存在,请说明理由.

(3)如图2,在

(1)的条件下,点P的坐标为(-1,1),点Q(6,t)是抛物线上的点,

在x轴上,从左至右有MN两点,且MN=2问MN在x轴上移动到何处时,四边形PQNM的周长最小?

请直接写出符合条件的点M的坐标.

IH11*12笛川厲

18.如图,对称轴为直线x=2的抛物线经过A(-1,0),C(0,5)两点,与x轴另一交点为B.已知M(0,1),E(a,0),F(a+1,0),P是第一象限内抛物线上的动点.

(1)求此抛物线的解析式;

(2)当a=1时,求四边形MEFP勺面积的最大值,并求此时点P的坐标;

(3)若厶PCM是以点P为顶点的等腰三角形,求a为何值时,四边形PMEF周长最小?

请说明理由.

19.

探究:

小明在求同一坐标轴上两点间的距离时发现,对于平面直角坐标系内任意两点Pi

(X1,y1),P2(X2,y),可通过构造直角三角形利用图1得到结论:

Pa=fy厂巧)2他还利用图2证明了线段P1P2的中点(x,y)P的坐标公式:

(1)请你帮小明写出中点坐标公式的证明过程;

运用:

(2[①已知点M(2,-1),N(-3,5),则线段MN长度为,

②直接写出以点A(2,2),B(-2,0),C(3,-1),D为顶点的平行四边形顶点

D的坐标:

4

拓展:

(3)如图3,点P(2,n)在函数y=x(x>0)的图象0L与x轴正半轴夹角的平

分线上,请在OL、x轴上分别找出点E、F,使厶PEF的周长最小,简要叙述作图方法,并求出周长的最小值.

20.如图,直线y=kx+b(k、b为常数)分别与x轴、y轴交于点A(-4,0)、B(0,3),抛物线y=-x+2x+1与y轴交于点C.

(1)求直线y=kx+b的函数解析式;

(2)若点P(x,y)是抛物线y=-x2+2x+1上的任意一点,设点P到直线AB的距离为d,求d关于x的函数解析式,并求d取最小值时点P的坐标;

(3)若点E在抛物线y=-x2+2x+1的对称轴上移动,点F在直线AB上移动,求CE+EF勺最

 

21.如图①,在平面直角坐标系中,OA=6以OA为边长作等边三角形ABC使得BC//OA且

点B、C落在过原点且开口向下的抛物线上.

(1)求这条抛物线的解析式;

(2)在图①中,假设一动点P从点B出发,沿折线BAC的方向以每秒2个单位的速度运动,同时另一动点Q从O点出发,沿x轴的负半轴方向以每秒1个单位的速度运动,当点P运动到A点时,P、Q都同时停止运动,在P、Q的运动过程中,是否存在时间t,使得PQLAB,若存在,求出t的值,若不存在,请说明理由;

(3)

在BC边上取两点E、F,使BE=EF=1个单位,试在AB边上找一点G,在抛物线的对称轴上找一点H,使得四边形EGHF勺周长最小,并求出周长的最小值.

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