对于学生而言,刷了无数的题,总结了无数的解题方法,做了无数的笔记,积累了无数的错题,普遍认为初中平面几何问题中,最难是几何最值问题,而几何最值问题往往又与平面几何三大变化(平移变化、轴对称变化、旋转变化)相关。
几何最值理论依据有:①两点之间,线段最短。
②点到直线的距离,垂线段最短。
③三角形三边关系。
几何最值所用思想:转化思想
今天介绍瓜豆原理,俗语有云:种瓜得瓜,种豆得豆。反之则是:种瓜不得豆,种豆不得瓜。一个中学数学课本不曾提到的知识点,为何能成为中考的热门考点?其实不难解释,其本质是位似图形,而位似本质是相似,相似是初中高频考点。
瓜豆原理指的是:若两动点到某定点的距离比是定值,夹角是定角,则两动点的运动路径相同。主动点在直线上运动,从动点的运动轨迹也是直线。主动点在圆周上运动,从动点的运动轨迹也是圆。这种主从联动轨迹问题,我们称之为瓜豆原理,瓜豆模型。
简而言之:定点定角定比例,是这个模型的三要素。
题型特点:
①有两个动点,一个定点(两动一定)
②两动点和定点之间连线段夹角的度数是定值(定角)
③两动点和定点之间连线段长度的比值是定值(定比值)
解题步骤:
1.找出主动点的起点和终点;
2.找出题中所有的定点;
3.验证两个必要条件,即:主、从动点与定点连线的夹角为定值:主、从动点到定点的距离之比是定值;
4.若上述两个必要条件成立,则确定为“瓜豆”模型,进而确定从动点的起点和终点;
5.利用“主动点的起点、终点、定点组成的三角形与从动点的起点、终点、定点组成的三角形相似(或全等)”及“主动点运动轨迹与从动点的运动轨迹的夹角(锐角)等于主、从动点与定点连线的夹角求解;模型证明
情况1:种线得线
如图,动点P在线段BC上运动,点A为定点,点Q为另一动点,且满足条件:
①∠PAQ是定值
②AP:AQ是定值
则动点Q的轨迹与动点P的轨迹一致,即点P在线段BC上运动则点Q在另一线段MN上运动,
且△BAC∽△ MAN.
证明:∵∠ABM=∠CAN=α
∴∠BAC=∠MAN
∵AB:AM=AC:AN
∴△BAC∽△ MAN(SAS)
∴∠ACB=∠ANM
∴∠NEC=∠CAN=α
∴点Q在线段MN上运动
情况2:种圆得圆
已知点P在圆M上运动,AP:AQ=√2:1,∠PAQ=45°,则点Q的运动轨迹。
证明:如图:连接AM,PM将PAM顺时针旋转45°,并缩小为原来的√2/2,得到AN,连接NQ
∵AP:AQ=√2:1,∠PAQ=45°
∴∠MAP=∠NAQ
∴△MAP∽△NAQ(SAS)
∴MP=√2NQ
∴NQ是定值,点N是定点
∴点P在以点N为圆心,NQ为半径的圆上运动
综上所述:满足两定一定,定角,定比三个特点的模型即为瓜豆原理。(选填题无需证明)
典型题:
如图,正方形ABCD中,AB=2√5,点O是BC边的中点,点E是正方形内一动点,OE=2,连接DE,将线段DE绕点D逆时针旋转90°得到DF连接AE,CF,则线段OF的最小值为_________
分析:①主、从动点与定点连线的夹角为定值,即∠EDF=90°(定角)
②主、从动点到定点的距离之比是定值ED:FD=1:1(定比)
两动一定+定角+定比三要素齐全,种圆得圆
解:辅助线如图所示,对于填空题,直接得结论计算即可
易得:△DOO’为等腰直角三角形
当点O,F,O’三点共线时,OF最小
∴OO’=√2OD=5√2
∴OF最小=5√2-2
∴OF最小值为5√2-2
思考题:(可在评论区打出答案)
思考1:如图,在矩形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,AB=6,∠DAC=60°,点F在线段AO上从点A至点O运动,连接DF,以DF为边作等边三角形DFE,点E和点A分别位于DF两侧,则点E运动的路径长是_______________
思考2:如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=16,BC=12,点P在以AB为直径的半圆上运动,
由点B运动到点A.连接CP,点M是CP的中点,则点M运动的路径长为___________