初中数学专题04几何最值存在性问题(解析版)(共75页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上专题四 几何最值的存在性问题【考题研究】在平面几何的动态问题中,当某几何元素在给定条件变动时,求某几何量(如线段的长度、图形的周长或面积、角的度数以及它们的和与差)的最大值或最小值问题,称为最值问题。从历年的中考数学压轴题型分析来看,经常会考查到距离或者两条线段和差最值得问题,并且这部分题目在中考中失分率很高,应该引起我们的重视。几何最值问题再教材中虽然没有进行专题讲解,到却给了我们很多解题模型,因此在专题复习时进行压轴训练是必要的。【解题攻略】最值问题是一类综合性较强的问题,而线段和(差)问题,要归归于几何模型:(1)归于“两点之间的连线中,线段最短”凡属于求“变动
2、的两线段之和的最小值”时,大都应用这一模型(2)归于“三角形两边之差小于第三边”凡属于求“变动的两线段之差的最大值”时,大都应用这一模型两条动线段的和的最小值问题,常见的是典型的“牛喝水”问题,关键是指出一条对称轴“河流”(如图1)三条动线段的和的最小值问题,常见的是典型的“台球两次碰壁”或“光的两次反射”问题,关键是指出两条对称轴“反射镜面”(如图2)两条线段差的最大值问题,一般根据三角形的两边之差小于第三边,当三点共线时,两条线段差的最大值就是第三边的长如图3,PA与PB的差的最大值就是AB,此时点P在AB的延长线上,即P解决线段和差的最值问题,有时候求函数的最值更方便,建立一次函数或者二
3、次函数求解最值问题【解题类型及其思路】解决平面几何最值问题的常用的方法有:(1)应用两点间线段最短的公理(含应用三角形的三边关系)求最值;(2)应用垂线段最短的性质求最值;(3)应用轴对称的性质求最值;(4)应用二次函数求最值;(5)应用其它知识求最值。【典例指引】类型一 【确定线段(或线段的和,差)的最值或确定点的坐标】 【典例指引1】(2018天津中考模拟)如图,在平面直角坐标系中,长方形OABC的顶点A、C分别在x轴、y轴的正半轴上点B的坐标为(8,4),将该长方形沿OB翻折,点A的对应点为点D,OD与BC交于点E(I)证明:EO=EB;()点P是直线OB上的任意一点,且OPC是等腰三角
4、形,求满足条件的点P的坐标;()点M是OB上任意一点,点N是OA上任意一点,若存在这样的点M、N,使得AM+MN最小,请直接写出这个最小值【答案】(I)证明见解析;()P的坐标为(4,2)或(,)或P(,)或(,);()【解析】分析:()由折叠得到DOB=AOB,再由BCOA得到OBC=AOB,即OBC=DOB,即可;()设出点P坐标,分三种情况讨论计算即可;()根据题意判断出过点D作OA的垂线交OB于M,OA于N,求出DN即可详解:()将该长方形沿OB翻折,点A的对应点为点D,OD与BC交于点E,DOB=AOB,BCOA,OBC=AOB,OBC=DOB,EO=EB;()点B的坐标为(8,4)
5、,直线OB解析式为y=x,点P是直线OB上的任意一点,设P(a,a)O(0,0),C(0,4),OC=4,PO2=a2+(a)2=a2,PC2=a2+(4-a)2当OPC是等腰三角形时,可分三种情况进行讨论:如果PO=PC,那么PO2=PC2,则a2=a2+(4-a)2,解得a=4,即P(4,2);如果PO=OC,那么PO2=OC2,则a2=16,解得a=,即P(,)或P(-,-);如果PC=OC时,那么PC2=OC2,则a2+(4-a)2=16,解得a=0(舍),或a=,即P(,);故满足条件的点P的坐标为(4,2)或(,)或P(-,-)或(,);()如图,过点D作OA的垂线交OB于M,交O
6、A于N,此时的M,N是AM+MN的最小值的位置,求出DN就是AM+MN的最小值由(1)有,EO=EB,长方形OABC的顶点A,C分别在x轴、y轴的正半轴上,点B的坐标为(8,4),设OE=x,则DE=8-x,在RtBDE中,BD=4,根据勾股定理得,DB2+DE2=BE2,16+(8-x)2=x2,x=5,BE=5,CE=3,DE=3,BE=5,BD=4,SBDE=DEBD=BEDG,DG=,由题意有,GN=OC=4,DN=DG+GN=+4=即:AM+MN的最小值为点睛:此题是四边形综合题,主要考查了矩形的性质,折叠的性质,勾股定理,等腰三角形的性质,极值的确定,进行分类讨论与方程思想是解本题
7、的关键【举一反三】(2020云南初三)如图,抛物线y=ax2+bx+3经过点 B(1,0),C(2,3),抛物线与y轴的焦点A,与x轴的另一个焦点为D,点M为线段AD上的一动点,设点M的横坐标为t(1)求抛物线的表达式;(2)过点M作y轴的平行线,交抛物线于点P,设线段PM的长为1,当t为何值时,1的长最大,并求最大值;(先根据题目画图,再计算)(3)在(2)的条件下,当t为何值时,PAD的面积最大?并求最大值;(4)在(2)的条件下,是否存在点P,使PAD为直角三角形?若存在,直接写出t的值;若不存在,说明理由【答案】(1)y=x2+2x+3;(2)当t=时,l有最大值,l最大=;(3)t=
8、时,PAD的面积的最大值为;(4)t=.【解析】试题分析:(1)利用待定系数法即可解决问题;(2)易知直线AD解析式为y=-x+3,设M点横坐标为m,则P(t,-t2+2t+3),M(t,-t+3),可得l=-t2+2t+3-(-t+3)=-t2+3t=-(t-)2+,利用二次函数的性质即可解决问题;(3)由SPAD=PM(xD-xA)=PM,推出PM的值最大时,PAD的面积最大;(4)如图设AD的中点为K,设P(t,-t2+2t+3)由PAD是直角三角形,推出PK=AD,可得(t-)2+(-t2+2t+3-)2=18,解方程即可解决问题;试题解析:(1)把点 B(1,0),C(2,3)代入y
9、=ax2+bx+3,则有,解得,抛物线的解析式为y=x2+2x+3(2)在y=x2+2x+3中,令y=0可得0=x2+2x+3,解得x=1或x=3,D(3,0),且A(0,3),直线AD解析式为y=x+3,设M点横坐标为m,则P(t,t2+2t+3),M(t,t+3),0t3,点M在第一象限内,l=t2+2t+3(t+3)=t2+3t=(t)2+,当t=时,l有最大值,l最大=;(3)SPAD=PM(xDxA)=PM,PM的值最大时,PAD的面积中点,最大值=t=时,PAD的面积的最大值为(4)如图设AD的中点为K,设P(t,t2+2t+3)PAD是直角三角形,PK=AD,(t)2+(t2+2
10、t+3)2=18,整理得t(t3)(t2t1)=0,解得t=0或3或,点P在第一象限,t=.类型二 【确定三角形、四边形的周长的最值或符合条件的点的坐标】 【典例指引2】(2020重庆初三期末)如图,抛物线()与双曲线相交于点、,已知点坐标,点在第三象限内,且的面积为3(为坐标原点).(1)求实数、的值;(2)在该抛物线的对称轴上是否存在点使得为等腰三角形?若存在请求出所有的点的坐标,若不存在请说明理由.(3)在坐标系内有一个点,恰使得,现要求在轴上找出点使得的周长最小,请求出的坐标和周长的最小值.【答案】(1),;(2)存在,;(3)【解析】【分析】(1)由点A在双曲线上,可得k的值,进而得
11、出双曲线的解析式设(),过A作APx轴于P,BQy轴于Q,直线BQ和直线AP相交于点M根据=3解方程即可得出k的值,从而得出点B的坐标,把A、B的坐标代入抛物线的解析式即可得到结论;(2)抛物线对称轴为,设,则可得出;然后分三种情况讨论即可;(3)设M(x,y)由MO=MA=MB,可求出M的坐标作B关于y轴的对称点B连接BM交y轴于Q此时BQM的周长最小用两点间的距离公式计算即可【详解】(1)由知:k=xy=14=4,设()过A作APx轴于P,BQy轴于Q,直线BQ和直线AP相交于点M,则SAOP=SBOQ=2令:,整理得:,解得:,m0,m=-2,故把A、B带入解出:,(2)抛物线的对称轴为
12、设,则,POB为等腰三角形,分三种情况讨论:,即,解得:,;,即,解得:,;,即,解得:;(3)设,解得:,作B关于y轴的对称点B坐标为:(2,-2)连接BM交y轴于Q此时BQM的周长最小=MB+MB【名师点睛】本题是二次函数综合题考查了用待定系数法求二次函数的解析式、二次函数的性质、轴对称-最值问题等第(1)问的关键是割补法;第(2)问的关键是分类讨论;第(3)问的关键是求出M的坐标【举一反三】(2019重庆实验外国语学校初三)如图1,已知抛物线yx+3与x轴交于A和B两点,(点A在点B的左侧),与y轴交于点C(1)求出直线BC的解析式(2)M为线段BC上方抛物线上一动点,过M作x轴的垂线交
13、BC于H,过M作MQBC于Q,求出MHQ周长最大值并求出此时M的坐标;当MHQ的周长最大时在对称轴上找一点R,使|ARMR|最大,求出此时R的坐标(3)T为线段BC上一动点,将OCT沿边OT翻折得到OCT,是否存在点T使OCT与OBC的重叠部分为直角三角形,若存在请求出BT的长,若不存在,请说明理由【答案】(1)yx+3;(2)R(1,);(3)BT2或BT【解析】【分析】(1)由已知可求A(2,0),B(4,0),C(0,3),即可求BC的解析式;(2)由已知可得QMHCBO,则有QHQM,MHMQ,所以MHQ周长3QM,则求MHQ周长的最大值,即为求QM的最大值;设M(m,),过点M与BC
14、直线垂直的直线解析式为,交点,可求出,当m2时,MQ有最大值;函数的对称轴为x1,作点M关于对称轴的对称点M(0,3),连接AM与对称轴交于点R,此时|ARMR|ARMR|AM,|ARMR|的最大值为AM;求出AM的直线解析式为,则可求;(3)有两种情况:当TCOC时,GOTC;当OTBC时,分别求解即可【详解】解:(1)令y=0,即,解得,点A在点B的左侧A(2,0),B(4,0),令x=0解得y=3,C(0,3),设BC所在直线的解析式为y=kx+3,将B点坐标代入解得k=BC的解析式为y-x+3;(2)MQBC,M作x轴,QMHCBO,tanQMHtanCBO,QHQM,MHMQ,MHQ
15、周长MQ+QH+MHQM+QM+MQ3QM,则求MHQ周长的最大值,即为求QM的最大值;设M(m,),过点M与BC直线垂直的直线解析式为,直线BC与其垂线相交的交点,当m2时,MQ有最大值,MHQ周长的最大值为,此时M(2,3),函数的对称轴为x1,作点M关于对称轴的对称点M(0,3),连接AM与对称轴交于点R,此时|ARMR|ARMR|AM,|ARMR|的最大值为AM;AM的直线解析式为yx+3,R(1,);(3)当TCOC时,GOTC,OCTOTC,BT2;当OTBC时,过点T作THx轴,OT,BOTBCO,OH,BT;综上所述:BT2或BT【点睛】本题是一道综合题,考查了二次函数一次函数
16、和三角形相关的知识,能够充分调动所学知识是解题的关键.类型三 【确定三角形、四边形的面积最值或符合条件的点的坐标】 【典例指引3】(2019甘肃中考真题)如图,已知二次函数yx2+bx+c的图象与x轴交于点A(1,0)、B(3,0),与y轴交于点C(1)求二次函数的解析式;(2)若点P为抛物线上的一点,点F为对称轴上的一点,且以点A、B、P、F为顶点的四边形为平行四边形,求点P的坐标;(3)点E是二次函数第四象限图象上一点,过点E作x轴的垂线,交直线BC于点D,求四边形AEBD面积的最大值及此时点E的坐标【答案】(1)yx24x+3;(2)点P(4,3)或(0,3)或(2,1);(3)最大值为
17、 ,E(,)【解析】【分析】(1)用交点式函数表达式,即可求解;(2)分当AB为平行四边形一条边、对角线,两种情况,分别求解即可;(3)利用S四边形AEBDAB(yDyE),即可求解【详解】解:(1)用交点式函数表达式得:y(x1)(x3)x24x+3;故二次函数表达式为:yx24x+3;(2)当AB为平行四边形一条边时,如图1,则ABPE2,则点P坐标为(4,3),当点P在对称轴左侧时,即点C的位置,点A、B、P、F为顶点的四边形为平行四边形,故:点P(4,3)或(0,3);当AB是四边形的对角线时,如图2,AB中点坐标为(2,0)设点P的横坐标为m,点F的横坐标为2,其中点坐标为: ,即:
18、2,解得:m2,故点P(2,1);故:点P(4,3)或(0,3)或(2,1);(3)直线BC的表达式为:yx+3,设点E坐标为(x,x24x+3),则点D(x,x+3),S四边形AEBDAB(yDyE)x+3x2+4x3x2+3x,10,故四边形AEBD面积有最大值,当x,其最大值为,此时点E(,)【点睛】主要考查了二次函数的解析式的求法和与几何图形结合的综合能力的培养要会利用数形结合的思想把代数和几何图形结合起来,利用点的坐标的意义表示线段的长度,从而求出线段之间的关系【举一反三】(2019内蒙古中考真题)如图,在平面直角坐标系中,已知抛物线与轴交于),两点,与轴交于点,连接(1)求该抛物线
19、的解析式,并写出它的对称轴;(2)点为抛物线对称轴上一点,连接,若,求点的坐标;(3)已知,若是抛物线上一个动点(其中),连接,求面积的最大值及此时点的坐标(4)若点为抛物线对称轴上一点,抛物线上是否存在点,使得以为顶点的四边形是平行四边形?若存在,请直接写出所有满足条件的点的坐标;若不存在,请说明理由【答案】(1),对称轴;(2);(3)面积有最大值是,;(4)存在点使得以为顶点的四边形是平行四边形,或或.【解析】【分析】(1)将点A(-1,0),B(3,0)代入y=ax2+bx+2即可;(2)过点D作DGy轴于G,作DHx轴于H,设点D(1,y),在RtCGD中,CD2=CG2+GD2=(
20、2-y)2+1,在RtBHD中,BD2=BH2+HD2=4+y2,可以证明CD=BD,即可求y的值;(3)过点E作EQy轴于点Q,过点F作直线FRy轴于R,过点E作FPFR于P,证明四边形QRPE是矩形,根据SCEF=S矩形QRPE-SCRF-SEFP,代入边即可;(4)根据平行四边形对边平行且相等的性质可以得到存在点M使得以B,C,M,N为顶点的四边形是平行四边形,点M(2,2)或M(4,- )或M(-2,-);【详解】解:(1)将点代入,可得,;对称轴;(2)如图1:过点作轴于,作轴于,设点,在中,在中,在中, ;(3)如图2:过点作轴于点,过点作直线轴于,过点作于,四边形是矩形,当时,面
21、积有最大值是,此时;(4)存在点使得以为顶点的四边形是平行四边形,设,四边形是平行四边形时,四边形时平行四边形时,;四边形时平行四边形时,;综上所述:或或;【点睛】本题考查了待定系数法求二次函数解析式,二次函数的图象及性质,勾股定理,平行四边形的判定与性质,及分类讨论的数学思想.熟练掌握二次函数的性质、灵活运用勾股定理求边长、掌握平行四边形的判定方法是解题的关键【新题训练】1如图,直线y5x5交x轴于点A,交y轴于点C,过A,C两点的二次函数yax24xc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NDx轴交二次函数的图象于点D,求线段ND长度的
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