初中数学《最值问题》典型例题

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2020年10月20日 04:15
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2020年10月20日发(作者:单应桂)


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初中数学《最值问题》典型例题
一、解决几何最值问题的通常思路

两点之间线段最短;

直线外一点与直线上所有点的连线段中,垂线段最短;

三角形两边之和大于第三边或三角形两边之差小于第三边(重合时取
到最值)

是解决几何最值问题的理论依据,根据不同特征转化是解决最值问题
的关键.通过转化减少变量,向三 个定理靠拢进而解决问题;直接调
用基本模型也是解决几何最值问题的高效手段.

几何最值问题中的基本模型举例



A
B
AB
A
P
l
B









P
l

M
N
l

两点之间线段
最短

两点之间线段最


三角形三边关


AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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A

B
为 定点,
l
A

B
为定点,
l
为定直线,
P

为定直线,
MN

特直线
l
上的一
直线
l
上的一条


个动点,求
动线段,求
AM
+
BN
A

B
为定点,
l
为定直线,
P

直线
l
上的一个
动点,求
|
AP
-BP
|的最大
的最小值



先平移
AM
BN
AP
+
BP
的最小


作其中一个定

点关于定直线


使
M

N
重合,然作其中一个定
后作其中一个定
点关于定直线
l
的 对称点

点关于定直线
l
的对称点

l
的对称点

折图
叠形

M
B
A
B'
N
C

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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最原
两点之间线段最短





在△
ABC
中,
M
,< br>N
两点分别是边
AB

BC
上的动点,

将 △
BMN
沿
MN
翻折,
B
点的对应点为
B'
,连接
AB'




AB'
的最小值.


转化成求
AB'
+
B'N
+
NC
的最小值



二、典型题型

1.如图:点
P
是∠
AOB
内一定 点,点
M

N
分别在边
OA

OB
上运动 ,

若∠
AOB
=45°,
OP
=
3
为 .






2
,则△
PMN
的周长的最小值
【分析】作
P
关于
OA

OB的对称点
C

D
.连接
OC

OD


则当
M

N

CD

OA
OB
的交点时,△
PMN
的周长最短,

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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最短的值是
CD
的长.根据对称的性质可 以证得:△
COD
是等腰直角三
角形,据此即可求解.

【解答】解 :作
P
关于
OA

OB
的对称点
C
D
.连接
OC

OD
.则当
M

N< br>是
CD

OA

OB
的交点时,△
PMN< br>的周长最短,最短的值是
CD
的长.


PC
关于
OA
对称,

∴∠
COP=2∠
AOP

OC
=
OP

同理,∠
DOP
=2∠
BOP

OP
=
OD

∴ ∠
COD
=∠
COP
+∠
DOP
=2(∠
AOP< br>+∠
BOP
)=2∠
AOB
=90°,
OC
=
OD


∴△
COD
是等腰直角三角形.

则< br>CD
=
2
OC
=
2
×3
2
=6.< br>AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【题后思考】本题考查了对称的性质,正确作出图形,理解△
PMN

长最小 的条件是解题的关键.



2.如图,当四边形
PABN
的周长最小时,
a
= .

【分析】因为
AB

PN
的长度都是固定的,所以求出
PA
+
NB
的长度就行
了.问题就是
PA
+
NB
什么时候最短.


B
点向左平移2个单位到
B′点;作
B
′关于
x
轴的对称点
B
″,连
接< br>AB
″,交
x
轴于
P
,从而确定
N
点位置, 此时
PA
+
NB
最短.


AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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设直线
AB
″的解析式为
y=
kx
+
b
,待定系数法求直线解析式.即可求得
a
的 值.

【解答】解:将
N
点向左平移2单位与
P
重合,点< br>B
向左平移2单位

B
′(2,﹣1),


B
′关于
x
轴的对称点
B
″,根据作法知点
B
″ (2,1),

设直线
AB
″的解析式为
y
=
kx
+
b





12kb
, 解得

3kb
k
=4,
b
=﹣7.


y
=4
x
﹣7.当
y
=0时,
x
=< br>7
,即
P

7
,0),
a
=
7

444
故答案填:
7


4
【题后思考】考查关于
X
轴的对称点,两点之间线段最短等知识.


AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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3.如图,
A

B
两点 在直线的两侧,点
A
到直线的距离
AM
=4,点
B

直线的距离
BN
=1,且
MN
=4,
P
为直线上的动点, |
PA

PB
|的最大值
为 .
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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A
D
M
B′
N
B
P

【分析】作 点
B
于直线
l
的对称点
B
′,则
PB
=< br>PB
′因而|
PA

PB
|=|
PA
PB
′|,则当
A

B
′、
P
在一条直线上时 ,|
PA

PB
|的值最大.根据
平行线分线段定理即可求得
PN

PM
的值然后根据勾股定理求得
PA

PB
′的值,进而求得|
PA

PB
|的最大值.

【解答】 解:作点
B
于直线
l
的对称点
B
′,连
AB
′并延长交直线
l

P



B

N
=
BN
=1,

D
点作
B

D

AM


利用勾股定理求出
AB
′=5

∴|
PA

PB
|的最大值=5.

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【题后思考】本题考查了作图﹣轴对称变换,勾股定理等, 熟知“两
点之间线段最短”是解答此题的关键.


4.动手操作:在矩形 纸片
ABCD
中,
AB
=3,
AD
=5.如图所示,折叠纸
片,使点
A
落在
BC
边上的
A
′处,折痕为
PQ
,当点
A
′在
BC
边上移
动时,折痕的端点
P

Q
也随之移动.若限定点
P

Q
分别在
AB

AD
边上移动,则点
A
′在
BC
边上可移 动的最大距离为 .



【分析】本题关键在于找到两 个极端,即
BA
′取最大或最小值时,点
P

Q
的位置.经 实验不难发现,分别求出点
P

B
重合时,
BA
′取
最大值3和当点
Q

D
重合时,
BA
′的最小值1.所以 可求点
A
′在
BC
边上移动的最大距离为2.

【解答】解 :当点
P

B
重合时,
BA
′取最大值是3,

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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当点
Q

D
重合时(如 图),由勾股定理得
A

C
=4,此时
BA
′取最小
值为1.

则点
A
′在
BC
边上移动的最大距离为3﹣1=2.

故答案为:2


【题后思考】本题考查了学生的动手能力及图形的折叠、勾 股定理的
应用等知识,难度稍大,学生主要缺乏动手操作习惯,单凭想象造成
错误.


5.如图,直角梯形纸片
ABCD

AD

A B

AB
=8,
AD
=
CD
=4,点
E< br>、
F

别在线段
AB

AD
上,将△
AEF
沿
EF
翻折,点
A
的落点记为
P
.当P
落在直角梯形
ABCD
内部时,
PD
的最小值等于 .
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【分析】如图,经分析、探究,只有当直径
EF< br>最大,且点
A
落在
BD
上时,
PD
最小;根据勾股定 理求出
BD
的长度,问题即可解决.

【解答】解:如图,

∵当点
P
落在梯形的内部时,∠
P
=∠
A
=90°,
∴四边形
PFAE
是以
EF
为直径的圆内接四边形,

∴只有当直径
EF
最大,且点
A
落在
BD
上时,< br>PD
最小,

此时
E
与点
B
重合;

由题意得:
PE
=
AB
=8,

由勾股定理得:


BD
2
=8
2
+6
2
=80,


BD
=
4

PD
=
4
5

58


AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【题后思考】该命题以直角梯形为载体,以翻折 变换为方法,以考查
全等三角形的判定及其性质的应用为核心构造而成;解题的关键是抓
住图形 在运动过程中的某一瞬间,动中求静,以静制动.


6.如图,∠
MON
=90°,矩形
ABCD
的顶点
A

B
分别在边< br>OM

ON
上,

B
在边
ON
上运 动时,
A
随之在
OM
上运动,矩形
ABCD
的形状保持不< br>变,其中
AB
=2,
BC
=1,运动过程中,点
D
到 点
O
的最大距离
为 .

【分析】取
AB
的中点
E
,连接
OD

OE

DE
,根据直角三角形斜边上的
中线等于斜边的一半可得
OE
=
AB
, 利用勾股定理列式求出
DE
,然后根
据三角形任意两边之和大于第三边可得
O D
过点
E
时最大.

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【解答】解:如图,取
AB
的中点
E
,连接
OD

OE

DE


∵∠
MON
=90°,
AB
=2


OE
=
AE
=
1
AB
=1,

2

BC
=1,四边形
ABCD
是矩形,


AD
=
BC
=1,


DE
=
2


根据三角形的三边关系,
OD

OE
+
DE


∴当
OD
过点
E
是最大,最大值为
2
+1.
AHA12GAGGAGAGGA FFFFAFAF


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故答案为:
2
+1.


【题后思考】本题考查了矩形的性 质,直角三角形斜边上的中线等于
斜边的一半的性质,三角形的三边关系,勾股定理,确定出
O D

AB
的中点时值最大是解题的关键.


7.如图, 线段
AB
的长为4,
C

AB
上一动点,分别以
A C

BC
为斜边

AB
的同侧作等腰直角△
ACD
和等腰直角△
BCE
,那么
DE
长的最小值
是 .


【分析】设
AC
=
x

BC=4﹣
x
,根据等腰直角三角形性质,得出
CD
=
2
2
x

CD
′=
2
2
(4﹣
x
), 根据勾股定理然后用配方法即可求解.

【解答】解:设
AC
=
x< br>,
BC
=4﹣
x


AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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∵△
ABC
,△
BCD
′均为等腰直角三角形,


CD
=
2
2
x

CD
′=
2< br>2
(4﹣
x
),

∵∠
ACD
=45°,∠
BCD
′=45°,

∴∠
DCE
=90°,


DE
=
CD< br>+
CE
=
1
x
+
1
(4﹣
x
)=
x
﹣4
x
+8=(
x
﹣2)+4,

2222222
22
∵根据二次函数的最值,

∴当
x
取2时,
DE
取最小值,最小值为:4.

故答案为:2.

【题后思考】本题考查了二次函数最值及等腰直角三角形,难度不大 ,
关键是掌握用配方法求二次函数最值.


8.如图,菱形
AB CD
中,
AB
=2,∠
A
=120°,点
P
Q

K
分别为线段
BC

CD

BD
上的任意一点,则
PK
+
QK
的最小值为 .

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【分析】根据轴对称确定最短路线问题,作点
P< br>关于
BD
的对称点
P
′,
连接
P

Q

BD
的交点即为所求的点
K
,然后根据直线外一点到直线
的所有连线中垂直线段最短的性质可知
P

Q

CD
时< br>PK
+
QK
的最小值,
然后求解即可.

【解答】解:如图,∵
AB
=2,∠
A
=120°,
∴点
P
′到
CD
的距离为2×

PK
+
QK
的最小值为
故答案为:
3

3



3
2
=
3


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【题后思考】本题考查了菱形的性质,轴对称确 定最短路线问题,熟
记菱形的轴对称性和利用轴对称确定最短路线的方法是解题的关键.


9.如图所示,正方形
ABCD
的边长为1,点
P
为边
BC
上的任意一点(可

B

C
重合),分别过
B

C

D
作射线
AP
的垂线,垂足分别为
B
′、
C
′、
D
′,则
BB< br>′+
CC
′+
DD
′的取值范围是 .

【分析】首先连接
AC

DP
.由正方形
ABCD
的边长为1,即可得:
S

ADP
=
1
S
2

正方形
ABCD
=
1

S

ABP< br>+
S

ACP
=
S

ABC
=1
S
正方形
ABCD
=
1
,继而可得
1
AP

2222
2
,即可求得答案.


BB< br>′+
CC
′+
DD
′)=1,又由1≤
AP

【解答】解:连接
AC

DP


∵四边形
ABCD
是正方形,正方形
ABCD
的边长为1,

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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AB
=
CD

S
正方形
ABCD
=1,


S

AD P
=
1
S
正方形
ABCD
=
1

S

ABP
+
S

ACP
=
S

ABC
=
1
S
正方形
ABCD
=
1


2222

S

ADP
+
S

ABP
+
S

ACP
=1,

1
AP

BB
′+
1
22
AP
CC
′+
1
2
AP

DD
′=
12
AP
•(
BB
′+

BB
′+
CC
′+
DD
′=
2
AP


∵1≤
AP

2


∴当
P

B
重合时,有最大值2;


P

C
重合时,有最小值
2



2

BB
′+
CC
′+
DD
′≤2.

故答案为:
2

BB
′+
CC
′+DD
′≤2.


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CC
′+
DD
′)=1,


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【题后思考】此题考查了正方形的性质、面积及等积变换问 题.此题
难度较大,解题的关键是连接
AC

DP
,根据题意得到< br>S

ADP
+
S

ABP
+
S
ACP
=1,
继而得到
BB
′+
CC
′+< br>DD
′=
2
AP



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10.如图,菱形
ABCD
中,∠
A
=60°,
AB
=3,⊙
A
、⊙
B
的半径分别 为2
和1,
P

E

F
分别是边
CD、⊙
A
和⊙
B
上的动点,则
PE
+
PF
的最小值
是 .


【分析】利用菱形的性质以及相切两 圆的性质得出
P

D
重合时
PE
+
PF
的 最小值,进而求出即可.

【解答】解:由题意可得出:当
P

D< br>重合时,
E
点在
AD
上,
F

BD
上,此时
PE
+
PF
最小,

连接
BD


∵菱形
ABCD
中,∠
A
=60°,


AB
=
AD
,则△
ABD
是等边三角形,


BD
=
AB
=
AD
=3,

∵⊙
A
、⊙
B
的半径分别为2和1,


PE
=1,
DF
=2,


PE
+
PF
的最小值是3.

故答案为:3.

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF


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【题后思考】此题主要考查了菱形的性质以及相 切两圆的性质等知识,
根据题意得出
P
点位置是解题关键.

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