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旋转与循迹:探究线段最小值问题

 一个大风子 2023-02-20 发布于黑龙江

文章主要讲解“一动点与一定点”构成的线段的最小值问题。这种类型问题的解题思路有两种:一是“循迹”:先寻找动点的运动轨迹,然后作出最值时刻的图形,最后根据图形特征求值。二是“旋转”,旋转所求线段的位置,求与之线段相等的线段的最值。










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    例1 如图,在△ABC中,∠ACB=90°,∠A=30°, AB=4×(根号3) ,点P是AC上的动点,连接BP,以BP为边作等边△BPQ,连接CQ,求线段CQ的最小值.

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【分析】:改变线段的位置一般有两种方式:旋转与构造全等。本题中,旋转的依据是什么?要抓住变化过程中图形中不变的关系。△BPQ是等边三角形这种属性不随动点P位置的改变而改变,进而可以知道三边相等,三个角都是60°,进一步还可以知道∠BCQ=∠PBA。我们可以根据这些特征通过旋转或者构造全等三角形改变线段CQ的位置。由BQ=BP,∠QBP=∠CBA=60°,可将△BCQ逆时针旋转60°,使得点C落在边AB上的点C'处。点C是定点,旋转60°后点C'也是定点,这样CQ的最小值就转化为线段C'P的最小值问题。

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【分析】:循迹法可分为三步:一是利用特殊点猜测点Q的轨迹;二是验证点Q的轨迹,三是求值。怎么寻找动点Q的轨迹哪?多找一些点Q,观察它们的分布位置,猜测点Q的轨迹。其中特殊点的选择很重要,当点P与端点A,B重合时,得到的点Q1就是点Q2轨迹的端点,再根据图中任意时刻点Q的位置,可猜测点Q的轨迹是线段Q1Q2如何验证点Q的轨迹哪?为了解决这个问题,可以反过来想。点Q1是定点,如果点Q的轨迹是Q1Q2那么∠AQ1Q的度数是一个定值,即如果能够证明∠AQ1Q等于某一个确定的度数也就证明了点Q的轨迹是Q1Q2由△BPA≌△BQQ1得到BQ1Q=∠BAP=30°,从而得到∠AQ1Q=90°,从而证明我们的猜想。另外,作出等边△ABQ1和等边△BCQ2对成功解决问题非常重要。因为它们是发现轨迹并验证轨迹的重要“抓手”。

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当△BPQ由等边三角形变为等腰直角三角形或者等腰(顶角120°)三角形时,循迹与旋转同样可以解决。它们的共同特征可归纳为以点B为顶点的等腰三角形。若旋转,旋转中心为等腰三角形的顶点,旋转角为顶角∠PBQ。

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【分析】:当等腰三角形的直角顶点由点B变成点P时,△BPA≌△BQQ1变成△BPA∽△BQQ1。此时,若想旋转△BCQ就行不通了。但若以P为旋转中心,顺时针旋转△PCQ,如下图,接下来还是要考虑点C'的轨迹,问题似乎又回到了原点。造成这种现象的原因是旋转中心P是动点,从而点C'也是动点。因此,对于这类题,利用“循迹”法是一个不错的方法。

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