综合题之线段和差最值问题

1中考数学压轴题解题策略线段和差最值的存在性问题解题策略专题攻略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，本讲不涉及函数最值问题．图1图2图3例题解析例1、如图1-1，抛物线y＝x2－2x－3与x轴交于A、B两点，与y轴交于点C，点P是抛物线对称轴上的一个动点，如果△PAC的周长最小，求点P的坐标．图1-1【解析】如图1-2，把抛物线的对称轴当作河流，点A与点B对称，连结BC，那么在△PBC中，PB＋PC总是大于BC的．如图1-3，当点P落在BC上时，PB＋PC最小，因此PA＋PC最小，△PAC的周长也最小．由y＝x2－2x－3，可知OB＝OC＝3，OD＝1．所以DB＝DP＝2，因此P(1,－2)．图1-2图1-32例2、如图，抛物线21442yxx与y轴交于点A，B是OA的中点．一个动点G从点B出发，先经过x轴上的点M，再经过抛物线对称轴上的点N，然后返回到点A．如果动点G走过的路程最短，请找出点M、N的位置，并求最短路程．图2-1【解析】如图2-2，按照“台球两次碰壁”的模型，作点A关于抛物线的对称轴对称的点A′，作点B关于x轴对称的点B′，连结A′B′与x轴交于点M，与抛物线的对称轴交于点N．在Rt△AA′B′中，AA′＝8，AB′＝6，所以A′B′＝10，即点G走过的最短路程为10．根据相似比可以计算得到OM＝83，MH＝43，NH＝1．所以M(83,0)，N(4,1)．图2-2例3、如图3-1，抛物线248293yxx与y轴交于点A，顶点为B．点P是x轴上的一个动点，求线段PA与PB中较长的线段减去较短的线段的差的最小值与最大值，并求出相应的点P的坐标．图3-1【解析】题目读起来像绕口令，其实就是求|PA－PB|的最小值与最大值．由抛物线的解析式可以得到A(0,2)，B(3,6)．设P(x,0)．绝对值|PA－PB|的最小值当然是0了，此时PA＝PB，点P在AB的垂直平分线上（如图3-2）．解方程x2＋22＝(x－3)2＋62，得416x．此时P41(,0)6．在△PAB中，根据两边之差小于第三边，那么|PA－PB|总是小于AB了．如图3-3，当3点P在BA的延长线上时，|PA－PB|取得最大值，最大值AB＝5．此时P3(,0)2．图3-2图3-3例4、如图4-1，菱形ABCD中，AB＝2，∠A＝120°，点P、Q、K分别为线段BC、CD、BD上的任意一点，求PK＋QK的最小值．图4-1【解析】如图4-2，点Q关于直线BD的对称点为Q′，在△KPQ′中，PK＋QK总是大于PQ′的．如图4-3，当点K落在PQ′上时，PK＋QK的最小值为PQ′．如图4-4，PQ′的最小值为Q′H，Q′H就是菱形ABCD的高，Q′H＝3．这道题目应用了两个典型的最值结论：两点之间，线段最短；垂线段最短．图4-2图4-3图4-4例五、如图，∠AOB＝45°，P是∠AOB内一定点，PO＝10，Q，R分别是OA，OB上的动点，求△PQR周长的最小值．(要求画出示意图，写出解题过程)【解析】例3.解：分别作点P关于OA，OB的对称点M，N，连接OM，ON，MN，MN交OA，OB于点Q，R，连接PR，PQ，此时△PQR周长的最小值等于MN.由轴对称性质可得，OM＝ON＝OP＝10，∠MOA＝∠POA，∠NOB＝∠POB，∴∠MON＝2∠AOB＝2×45°＝90°，在Rt△MON中，MN＝OM2＋ON2＝102，即△PQR周长的最小值等于102。4例6、如图6-1，已知A(0,2)、B(6,4)、E(a,0)、F(a＋2,0)，求a为何值时，四边形ABEF周长最小？请说明理由．图6-1【解析】在四边形ABEF中，AB、EF为定值，求AE＋BF的最小值，先把这两条线段经过平移，使得两条线段有公共端点．如图6-2，将线段BF向左平移两个单位，得到线段ME．如图6-3，作点A关于x轴的对称点A′，MA′与x轴的交点E，满足AE＋ME最小．由△A′OE∽△BHF，得'OEHFOAHB．解方程6(2)24aa，得43a．图6-2图6-3例7、如图7-1，△ABC中，∠ACB＝90°，AC＝2，BC＝1．点A、C分别在x轴和y轴的正半轴上，当点A在x轴上运动时，点C也随之在y轴上运动．在整个运动过程中，求点B到原点的最大距离．图7-1【解析】如果把OB放在某一个三角形中，这个三角形的另外两条边的大小是确定的，那么根据两边之和大于第三边，可知第三边OB的最大值就是另两边的和．显然△OBC是不符合条件的，因为OC边的大小不确定．如图7-2，如果选AC的中点D，那么BD、OD都是定值，OD＝1，BD＝2．在△OBD中，总是有OB＜OD＋BD．5如图7-3，当点D落在OB上时，OB最大，最大值为21．图7-2图7-3例8、如图8-1，已知A(－2,0)、B(4,0)、(5,33)D．设F为线段BD上一点（不含端点），连结AF，一动点M从点A出发，沿线段AF以每秒1个单位的速度运动到F，再沿线段FD以每秒2个单位的速度运动到D后停止．当点F的坐标是多少时，点M在整个运动过程中用时最少？图8-1【解析】点B(4,0)、(5,33)D的坐标隐含了∠DBA＝30°，不由得让我们联想到30°角所对的直角边等于斜边的一半．如果把动点M在两条线段上的速度统一起来，问题就转化了．如图8-2，在Rt△DEF中，FD＝2FE．如果点M沿线段FD以每秒2个单位的速度运动到点D时，那么点M沿线段FE以每秒1个单位的速度正好运动到点E．因此当AF＋FE最小时，点M用时最少．如图8-3，当AE⊥DE时，AF＋FE最小，此时F(2,23)．图8-2图8-3（难）例9、如图9-1，在Rt△ABC中，∠C＝90°，AC＝6，BC＝8．点E是BC边上的点，连结AE，过点E作AE的垂线交AB边于点F，求AF的最小值．6图9-1【解析】如图9-2，设AF的中点为D，那么DA＝DE＝DF．所以AF的最小值取决于DE的最小值．如图9-3，当DE⊥BC时，DE最小．设DA＝DE＝m，此时DB＝53m．由AB＝DA＋DB，得5103mm．解得154m．此时AF＝1522m．图9-2图9-3（难）例10、如图10-1，已知点P是抛物线214yx上的一个点，点D、E的坐标分别为(0,1)、(1,2)，连结PD、PE，求PD＋PE的最小值．图10-1【解析】点P不在一条笔直的河流上，没有办法套用“牛喝水”的模型．设P21(,)4xx，那么PD2＝2222211(1)(1)44xxx．所以PD＝2114x．如图10-2，2114x的几何意义可以理解为抛物线上的动点P到直线y＝－1的距离PH．所以PD＝PH．因此PD＋PE就转化为PH＋PE．如图10-3，当P、E、H三点共线，即PH⊥x轴时，PH＋PE的最小值为3．高中数学会学到，抛物线是到定点的距离等于到定直线的距离的点的集合，在中考数学压轴题里,如果要用到这个性质，最好铺垫一个小题，求证PD＝PH.图10-2图10-3