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模型研究 | 最值系列之“阿氏圓”問題

 花好月圓sb3rxi 2019-11-10

更多掃碼學(xué)習(xí)

正文如下:

在前面的“胡不歸”問題中,我們見識(shí)了“kPA+PB”最值問題,,其中P點(diǎn)軌跡是直線,,而當(dāng)P點(diǎn)軌跡變?yōu)閳A時(shí),即通常我們所說的“阿氏圓”問題.
所謂“阿氏圓”,,是指由古希臘數(shù)學(xué)家阿波羅尼奧斯提出的圓的概念,,在平面內(nèi),到兩個(gè)定點(diǎn)距離之比等于定值(不為1)的點(diǎn)的集合叫做圓.
如下圖,,已知A,、B兩點(diǎn),點(diǎn)P滿足PA:PB=k(k≠1),,則滿足條件的所有的點(diǎn)P構(gòu)成的圖形為圓.
以下給出兩種證明

法一:構(gòu)造角分線

先復(fù)習(xí)兩個(gè)定理

(1)角平分線定理:如圖,,在△ABC中,AD是∠BAC的角平分線,,則AB:AC=DB:DC.

證明:利用等積法

,,

即AB:AC=DB:DC

(2)外角平分線定理:如圖,在△ABC中,,外角CAE的角平分線AD交BC的延長(zhǎng)線于點(diǎn)D,,則AB:AC=DB:DC.

證明:在BA延長(zhǎng)線上取點(diǎn)E使得AE=AC,,連接BD,則△ACD≌△AED(SAS),,CD=ED且AD平分∠BDE,,則DB:DE=AB:AE,即AB:AC=DB:DC.
接下來開始證明:
如圖,,PA:PB=k,,作∠APB的角平分線交AB于M點(diǎn),根據(jù)角平分線定理,,MA:MB=PA:PB=k,,故M點(diǎn)為定點(diǎn),即∠APB的角平分線交AB于定點(diǎn),;
作∠APB外角平分線交直線AB于N點(diǎn),,根據(jù)外角平分線定理,NA:NB=PA:PB=k,,故N點(diǎn)為定點(diǎn),,即∠APB外角平分線交直線AB于定點(diǎn);
又∠MPN=90°,,定邊對(duì)定角,,故P點(diǎn)軌跡是以MN為直徑的圓.

法二:建系

不妨將點(diǎn)A、B兩點(diǎn)置于x軸上且關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱,,設(shè)A(-m,,0),則B(m,,0),,設(shè)P(x,,y),,PA=kPB,即:

解析式滿足圓的一般方程,,故P點(diǎn)所構(gòu)成的圖形是圓,,且圓心與AB共線.

那么這個(gè)玩意和最值有什么關(guān)系呢?
且來先看個(gè)例子:

引例

如圖,,在Rt△ABC中,,∠C=90°,AC=4,,BC=3,,以點(diǎn)C為圓心,2為半徑作圓C,,分別交AC,、BC于D,、E兩點(diǎn),點(diǎn)P是圓C上一個(gè)動(dòng)點(diǎn),,則1/2PA+PB的最小值為______.

【分析】這個(gè)問題最大的難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)化1/2PA,,此處P點(diǎn)軌跡是圓,故轉(zhuǎn)化方法與之前有所不同,,如下,,提供兩種思路.

法一:構(gòu)造相似三角形

注意到圓C半徑為2,,CA=4,,連接CP,構(gòu)造包含線段AP的△CPA,,在CA邊上取點(diǎn)M使得CM=2,,連接PM,可得△CPA∽△CMP,,故PA:PM=2:1,,即PM=1/2PA.

問題轉(zhuǎn)化為PM+PB最小值,直接連BM即可.

【問題剖析】
(1)這里為什么是1/2PA,?
答:因?yàn)閳AC半徑為2,,CA=4,比值是1:2,,所以構(gòu)造的是1/2PA,,也只能構(gòu)造1/2PA.
(2)如果問題設(shè)計(jì)為PA+kPB最小值,k為多少,?
答:根據(jù)圓C半徑與CB之比為2:3,,k應(yīng)為2/3.
【小結(jié)】此類問題都是構(gòu)造好的圖形搭配恰當(dāng)?shù)谋壤瑯?gòu)造相似轉(zhuǎn)化線段即可解決.
劃重點(diǎn)

法二:阿氏圓模型

對(duì)比一下這個(gè)題目的條件,,P點(diǎn)軌跡是圓,,A是定點(diǎn),我們需要找出另一個(gè)定點(diǎn)M使得PM:PA=1:2,,這不就是把“阿氏圓”的條件與結(jié)論互換了一下嘛,!

而且這種問題里,給定的圓的位置,、定點(diǎn)A的位置,、線段的比例等,往往都是搭配好的,!

P點(diǎn)軌跡圓的圓心C點(diǎn)和A點(diǎn)在直線AC上,,故所求M點(diǎn)在AC邊上,考慮到PM:PA=1:2,,不妨讓P點(diǎn)與D點(diǎn)重合,,此時(shí)DM=1/2DA=1,,即可確定M點(diǎn)位置.

如果對(duì)這個(gè)結(jié)果不是很放心,不妨再取個(gè)特殊的位置檢驗(yàn)一下,,如下圖,,此時(shí)PM=3,PA=6,,亦滿足PM:PA=1:2.

【小結(jié)】法二其實(shí)是開了上帝視角,,在已知其是阿氏圓的前提下,通過特殊點(diǎn)找出所求M點(diǎn)位置,,雖不夠嚴(yán)謹(jǐn),,卻很實(shí)用.

練習(xí)1

如圖,在△ABC中,,∠ACB=90°,,BC=12,AC=9,,以點(diǎn)C為圓心,,6為半徑的圓上有一個(gè)動(dòng)點(diǎn)D.連接ADBD,、CD,,則2AD+3BD的最小值是______.

【分析】首先對(duì)問題作變式2AD+3BD=3(2/3AD+BD),故求2/3AD+BD最小值即可.

考慮到D點(diǎn)軌跡是圓,,A是定點(diǎn),,且要求構(gòu)造2/3AD,條件已經(jīng)足夠明顯.

當(dāng)D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到AC邊時(shí),,DA=3,,此時(shí)在線段CD上取點(diǎn)M使得DM=2,,則在點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)過程中,,始終存在DM=2/3DA.

問題轉(zhuǎn)化為DM+DB的最小值,直接連接BM,,BM長(zhǎng)度的3倍即為本題答案.

練習(xí)2

如圖,,已知正方ABCD的邊長(zhǎng)為4,圓B的半徑為2,,點(diǎn)P圓B上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),則PD-1/2PC的最大值為_______.
【分析】當(dāng)P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到BC邊上時(shí),,此時(shí)PC=2,,根據(jù)題意要求構(gòu)造1/2PC,在BC上取M使得此時(shí)PM=1,,則在點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的任意時(shí)刻,,均有PM=1/2PC,從而將問題轉(zhuǎn)化為求PD-PM的最大值.
連接PD,,對(duì)于△PDM,,PD-PM<DM,故當(dāng)D,、M,、P共線時(shí),PD-PM=DM為最大值.

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