例析直线上动点与两定点的距离和的最值问题

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  在公路的两侧,有两个村庄A、B,现在要在公路上修建一个加油站,问:怎样建,才能使加油站到两个村庄的距离和最短?
  这是一道比较容易解决的问题,只要连接AB,则AB与l的交点就是加油站,因为两点之间线段最短。
  如果在公路l的同侧,有两个村庄A、B,那么这个问题又该怎样解决呢?
  如图2,作A关于l的对称点A′,连接A′B与l的交点P就是加油站了,为什么呢?
  在l上任取一点P′,连P′A、P′A′、P′B,由三角形两边之和大于第三边可知:P′A+P′B=P′A′+P′B>A′B。
  这就是运用轴对称变换找到的一种最巧妙的解题方法。近年来,许多省市中考试题中都出现了以此题为背景的试题,所考查的深度和广度也在不断演变、拓展,又常与其他的数学知识相联系,数形结合,突出了数学的思维价值和应用能力,能够有效体现学生的数学学习能力。本文从近几年中考试题中选取与此相关的试题来分类说明,以供广大读者参考。
  1.演变成与菱形有关的试题
  例1:(2008广东)菱形ABCD中,∠BAD=60°,点M是AB的中点,点P是对角线AC上一个动点,若PM+PB得最小值是3,则AB长为.
  解:如图3,因为四边形ABCD是菱形,所以点B关于直线AC的对称点是点D.连DM,则线段DM的长就是PM+PB的最小值.
  ∵∠BAD=60°
  ∴△ABD是等边三角形
  ∵M是AB的中点
  ∴DM⊥AB∴AD==2=AB
  2.演变成与正方形有关的试题
  例2:(2009抚顺)如图4,正方形ABCD的面积为12,△ABE是等边三角形,点E在正方形ABCD内,在对角线AC上有一点P,使PD+PE的和最小,则这个最小值为().
  A.2B.2C.3D.
  解:正方形ABCD是轴对称图形,AC是对称轴,D关于AC的对称点位B。所以连接BE与AC交于点P,这时PB+PE最小,即正方形ABCD的边长为2.所以选A.
  3.演变成与圆有关的试题
  例3:(2009龙岩)如图5,AB、CD是半径为5的⊙O的两条弦,AB=8,CD=6,MN是直径.AB⊥MN于点E,CD⊥MN于点F。P为EF上的任意一点,则PA+PC的最小值为.
  解:∵A关于MN的对称点为B
  ∴连接BC与MN交于点P,这时PA+PC最小
  易知:EO==3,FO=
  ∴EF=3+4=7
  过C作CG⊥AB于点G,如图6,则CG=EF=7
  AG=4-3=1
  ∴BG=8-1=7
  ∴BC=BP+PC=PA+PC=7
  ∴PA+PC的最小值为7
  4.演变成与三角形有关的试题
  例4:(2009陕西)如图7,在锐角△ABC中,AB=4,∠BAC=45°∠BAC的平分线交BC于点D,M、N分别是AD和AB上的动点。则BM+MN的最小值为.
  解:(如图8)过B作BG⊥AC于G,交AD于M.过M作MN⊥AB于N
  则MN+MB=MG+MB是最短值
  ∴BM+MN最小值等于4
  5.演变成与直角坐标系有关的试题
  例5:(2009孝感)在平面直角坐标系中,有A(3,-2),B(4,2)两点。现另取一点C(1,n),当n= 时,AC+BC的值最小.
  解:如图9,找出A点关于直线x=1的对称点A′(-1,-2),则经过B、A′的直线解析式为y=x-.
  当x=1时,n=-.
  6.演变成与二次函数有关的试题
  例6:(2009乌鲁木齐)如图10,在矩形OABC中,点A、C的坐标分别为(4,0),(0,2).D为OA中点,设点P是∠AOC的平分线上的一个动点.(不与点O重合)
  (1)求证:无论点P运动到何处,PC=PD.
  (2)当点P运动到与点B距离最小时,求过O、P、D三点的抛物线的解析式。
  (3)设点E是(2)中所确定的抛物线的顶点,当点P运动到何处时,△PDE的周长最小?求出此时点P的坐标和△PDE的周长。
  解:(1)证明:易知△POC≌△POD,得PC=PD.
  (2)过点B作∠AOC的平分线的垂线.
  垂足为P,点P即为所求(如图10).
  易得此时P点坐标为(2,3).二次函数解析式为y=x-2x.
  (3)如图11,找到D关于角平分线的对称点C,连EC与∠AOC的平分线的交点即为所求的点P.
  ∵PE+PD=CE
  ∵E(1,-1),C(0,2)
  ∴CE所在直线的解析式为y=-3x+2
  由y=-3x+2y=x解得x=y=
  ∴P点坐标(,)
  7.演变成综合型试题
  例7:(2009舟山)如图12,已知点A(-4,8)和点B(2,)在抛物线y=ax上.
  (1)求的值及点B关于轴对称点P的坐标.
  (2)平移抛物线,经平移后点A的对应点为A′,点B的对应点为B′,点C(-2,0)和点D(-4,0)是轴上的两个定点.
  ①当抛物线向左平移到某个位置时,A′C+CB′最短,求此时抛物线的函数解析式.
  ②当抛物线向左或向右平移时,是否存在某个位置,使四边形A′B′CD的周长最短?若存在,求出此时抛物线的函数解析式;若不存在,请说明理由.
  解:(1)将点A(-4,8)的坐标代入y=ax,解得a=.将点B(2,n)的坐标代入y=x,解得B坐标为(2,2),
  则B点关于轴对称点P的坐标为(2,-2),
  直线AP的解析式是y=-x+,
  令y=0,得x=.
  ∴Q点坐标是(,0)
  (2)①解法1:CQ=|-2-|=
  故将抛物线y=x向左平移个单位时A′C+CB′最短,此时抛物线的函数解析式为y=(x+).
  解法2:如图13,设将抛物线y=x向左平移个单位,则平移后A′,B′的坐标为A′(-4-m,8)和B′(2-m,2),点A′关于轴对称点的坐标为A″(-4-m,-8).直线A″B′的解析式为y=x+m-.要使A′C+CB′最短,点C应在直线A″B′上.将C(-2,0)代入直线A″B′的解析式,解得M=.
  故将抛物线y=x向左平移个单位时A′C+CB′最短,此时抛物线的函数解析式为y=(x+).
  ②(如图14)左右平移抛物线y=x,因为线段A′B′和CD的长是定值,所以要使四边形A′B′CD的周长最短,只要使A′D+CB′最短.
  第一种情况:如果将抛物线向右平移,显然有A′D+CB′>AD+CB.
  因此不存在某个位置,使四边形A′B′CD的周长最短.
  第二种情况:设将抛物线向左平移了b个单位.
  则点A′和点B′的坐标分别为A′(-4-b,8)和B′(2-b,2)
  ∵CD=2,因此将点B′向左平移2个单位得B″(-b,2)
  要使A′D+CB′最短,只要使A′D+DB″最短
  直线A″B″的解析式为y=x+b+2
  要使A′D+DB″最短,点D应在直线A″B″上,将点D(-4,0)代入直线A″B″的解析式,解得b=.
  故将抛物线向左平移时,存在某个位置,使四边形的周长最短,此时抛物线的函数解析式为y=(x+).
  综上所述,解决动点与两定点的距离和的最值问题,要数形结合,往往先用“对称”的方法转化为两点之间的距离问题。利用两点之间线段最短,找出相应的位置及最值。此类问题较为自然地考查了正方形、梯形、圆、坐标及函数的相关知识,同时也考查了化归思想、分类讨论思想,较好地落实了新课标对应用能力的要求。
  
  参考文献:
  [1]王柏校.中学数学,2010,4.
  [2]天利38套,2009.
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