初二下学期,特殊四边形中将军饮马模型、胡不归模型实战篇
将军饮马模型是解决几何最值比较重要的模型,包括两动一定模型、两定两动模型、两定一动模型,在文章2020年中考数学专题复习,几何最值之将军饮马、胡不归、隐形圆中有详细介绍,该模型在一次函数、反比例函数、二次函数、四边形中都得到广泛的应用,本篇内容主要讨论将军饮马模型在四边形中的应用。
两定一动模型
例题1:如图,正方形ABCD的边长为16,M在DC上,且DM=4,N是AC上的一动点,则DN+MN的最小值是_______ .
分析:求DN+MN的最小值,点D与点M两点是定点,点N是动点,因此是将军饮马中的两定一动问题,可以过其中一个定点作动点所在直线的对称点,然后将所作对称点与另一定点连接与AC的对称点即为点N。本题可以选择作点D的对称点,点D关于直线AC的对称点为点B,连接BM,则DN+MN可以转化为线段BM的长度,放在直角三角形BCM中,利用勾股定理求解。
练习1:如图,在菱形ABCD中,AB=2,∠BAD=60°,E是AB的中点,P是对角线AC上的一个动点,则PE+PB的最小值为_______ .
练习2:如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,∠BAD=90°,AB=6,对角线AC平分∠BAD,点E在AB上,且AE=2(AE<AD),点P是AC上的动点,则PE+PB的最小值是_______ .
练习3:如图,正方形ABCD的面积为12,△ABE是等边三角形,点E在正方形ABCD内,在对角线AC上有一点P,使PD+PE最小,则这个最小值为_______ .
将军饮马模型中两定一动在平常考试中是遇到最多的模型。
两动一定模型
例题2:如图,在菱形ABCD中,AB=2,∠DAB=60°,P,E分别是线段AC,AB上的动点,PE+PB的最小值为_______ .
分析:求PE+PB的最小值,点P与点E是动点,点B是定点,是典型的两动一定问题。我们可以先假设点E不动,那就是两定一动问题,过点B做直线AC的对称点,即为点D,然后连接DE,当然点E在运动。或者说就将线段PB转化为线段PD,求PE+PB的最小值即求PD+PE的最小值,就是求DE的最小值。那么点D、P、E需要满足三点共线,根据“垂线段最短”,且满足DE⊥AB于点E,此时DE最小,那么所求PE+PB最小。
练习4:如图,菱形ABCD中,AB=10,∠A=120°,若点P,Q,K分别为线段BC,CD,BD上任意一点,则PK+QK的最小值为_______ .
两动两定模型
例题3:如图,已知正方形ABCD边长为3,点E在AB边上且BE=1,点P,Q分别是边BC,CD的动点(均不与顶点重合),则四边形AEPQ的周长的最小值是_______
分析:求四边形AEPQ周长的最小值,即求AQ+QP+PE+EA的最小值,题目已知正方形的边长与BE的长度,即线段AE的长度已知,那么求四边形周长的最小值变为求AQ+QP+PE三段的最小值,可过点E作BC的对称点F,作点A作CD的对称点H,连接FH即为所求三段的最小值,四边形的周长最小值最终转化为求FH+AE的长度。
造桥选址模型
例题4:如图,已知菱形ABCD的边长为10,E为AB中点,对角线BD上有两个动点P,Q总保持PQ=2,若BD=16,则四边形AEPQ的周长最小值为_______ .
分析:本题也是两个动点两个定点的问题,但是两个动点形成了动线段,因此是造桥选址模型,可以先构造平行四边形,再转化为将军饮马模型。过点A作AH∥BD且AH=2,那么本题转化为PE+PH的最小值(两定一动模型),过点E作直线BD的对称点M,连接MH,即求MH的最小值。新的问题出现了,如何求MH的长度?两种方法:(1)构造直角三角形;(2)建立平面直角坐标系,求出两点坐标,利用勾股定理求解。
转化+垂线段最短
例题5:如图,在△ABC中,AB=6,AC=8,BC=10,P为边BC上一动点(点P不与点B,C重合),PE⊥AB于E,PF⊥AC于F,则EF的最小值为_________.
分析:求EF的最小值需要转化,四边形AEPF为矩形,根据矩形的对角线相等可得:EF=PA,即求PA的最小值,点P为线段BC上的动点,根据垂线段最短可知过点A作线段BC的垂线交于点P即可。
练习5:如图,已知正方形ABCD的边长为4,P是对角线BD上一点,PE⊥BC于点E,PF⊥CD于点F,连接AP,EF.则EF的最小值为_________.
胡不归问题
例题6:已知菱形ABCD的边长为6,∠DAB=60°.将此菱形放置于平面直角坐标系中,各顶点恰好在坐标轴上.现有一动点P从点A出发,以每秒2个单位的速度,沿A→C的方向,向点C运动.当到达点C后,立即以相同的速度返回,返回途中,当运动到x轴上某一点M时,立即以每秒1个单位的速度,沿M→B的方向,向点B运动.当到达点B时,整个运动停止.为使点P能在最短的时间内到达点B处,则点M的坐标是什么?
分析:求点P到点B的时间最短,可以从点C开始考虑,因为点P在线段AC上所用的时间是固定不变的。通过路程、时间、速度的关系可知,时间等于二分之一CM+MB最小,通过∠ACB=30°可以转化二分之一CM,过点M作MH⊥BC交BC于点H,即求MH+MB最小,又转化为将军饮马的两动一定问题,过点B作直线AC的对称点为点D,过点D作BC的垂线与AC的交点即为所求点M。
初二特殊四边形中常见的将军饮马、造桥选址模型,胡不归暂时考查不多。