三角形中的有關(guān)動點(diǎn)的綜合問題,是檢驗(yàn)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、思維模式與應(yīng)用技巧的一面鏡子,它不僅考查學(xué)生對數(shù)學(xué)基本概念的掌握程度,也檢驗(yàn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維與解題策略.利用有關(guān)相似三角形求解有關(guān)動點(diǎn)的綜合問題,是初中數(shù)學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典例題.通過常見題型,掌握解題策略與技巧,讓學(xué)生通過熱點(diǎn)題型訓(xùn)練磨礪解題之劍,不斷培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力與邏輯推理能力.
1線段、面積比例問題
對于平面中以點(diǎn)的運(yùn)動為背景,求解有關(guān)線段長度、三角形面積或者所成比例的綜合問題,需要結(jié)合條件構(gòu)建相似關(guān)系,將復(fù)雜的幾何圖形問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)問題,通過建立函數(shù)模型,搭建從題目條件到函數(shù)解題策略之間的橋梁,利用三角形的相似或性質(zhì)、勾股定理、二次函數(shù)、三角函數(shù)進(jìn)行求解,不斷提升利用相似三角形解題的效率,拓寬學(xué)生的數(shù)學(xué)思維.
例1(2024·江蘇徐州初三檢測)如圖1,在同一平面上,兩塊全等的直角三角板RtΔ A B C 和 RtΔ A D C 拼在一起,使斜邊 A C 完全重合,且頂點(diǎn) B,D 分別在 A C 的兩旁, 點(diǎn)M,N 分別從點(diǎn) A ,點(diǎn) c 同時(shí)分別以
的速度出發(fā)向點(diǎn) D 、點(diǎn) B 運(yùn)動,設(shè)點(diǎn) M 的運(yùn)動時(shí)間為t ,當(dāng)其中一個(gè)動點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時(shí),另一個(gè)點(diǎn)也停止運(yùn)動.
(1)取 D C 的中點(diǎn) P ,連接 M P,N P ,設(shè) Δ P M N 的面積為 y (單位: ),試求出 y與 t的函數(shù)關(guān)系式;
(2)在(1)的條件下,是否存在某一時(shí)刻 t ,使得Δ NMP的面積是 RtΔ A D C 面積的一半?
(3)是否存在某一時(shí)刻 t ,使得MN分線段 A C 為
解析:(1)作 N F⊥ D C 交 D C 的延長線于點(diǎn) F ,連接 ,如圖2.
因?yàn)?
A D= 6cm,RtΔ A B CΔRtΔ A D C ,所以 C B=C D=A D ·tan
√3,
,則
因?yàn)?P 為 C D 的中點(diǎn),所以
易得 C N=t,A M=2t ,則 C
,且 P M D
,所以 圖2
,從而 y= S幕形MDFN -
(2)存在.理由如下:易得 當(dāng)
時(shí),
,解得 t=0 或
所以,當(dāng) t=0 或 時(shí), Δ N M P 的面積與RtΔ A D C 面積的一半.
(3)易得 假設(shè) A Q:C Q=2:1 ,則
如圖3,過點(diǎn) M 作 M G//B C ,交 A G 于點(diǎn) G ,作 G H⊥ A D 于點(diǎn) H .所以
又因 為
,則
.所以 ∠ C A D=
,則 A G=G M
所以
,則
因?yàn)?∠ G Q M=∠ C Q N , ∠ Q G M=∠ Q C N ,所以2√3
可得 Δ G Q M~Δ C Q N ,則 即
,解得
故當(dāng)
時(shí), .M N 分線段 A C 為 A Q:C Q=2:1
評析:本題通過適當(dāng)添加輔助線構(gòu)建解題所需的幾何關(guān)系,利用已知條件和圖形特征,結(jié)合點(diǎn)的運(yùn)動和性質(zhì),利用三角形相似形、直角三角形、三角形面積和線段長度求解等知識,借助比例找到有關(guān)長度和圖形面積,然后分別列式求解.
2線段長度與最值問題
對于以有關(guān)幾何圖形中的點(diǎn)的運(yùn)動為背景,求解有關(guān)線段最值和運(yùn)動路徑長度問題,需要深人挖掘題目中的隱含信息,注意點(diǎn)在運(yùn)動過程中的某些特殊點(diǎn)、特殊線(如中線、高線、角平分線等),以及運(yùn)動到某位置時(shí)三角形的角度或邊長,然后利用三角形相似、對應(yīng)邊成比例找到有關(guān)邊長,通過適當(dāng)添加輔助線,構(gòu)造有關(guān)特殊的三角形,結(jié)合所學(xué)知識求解線段最值問題和點(diǎn)的運(yùn)動軌跡(如直線、圓弧等),然后利用幾何知識(如弧長公式、直線長度計(jì)算等)來求解.
例2(2024·江蘇泰州初三檢測)如圖4,在Δ A B C 中 ,點(diǎn)D為BC邊上的動點(diǎn).以 D 為頂點(diǎn)作 ∠ A D E=∠ B ,射線 D E 交A C 邊于點(diǎn) E ,過點(diǎn) A 作 A F⊥ A D 交射線 D E 于點(diǎn) F
(1)求證: Δ A B D~Δ D C E
(2)當(dāng) D E//A B 時(shí)(如圖5),求 A E 的長.(3)點(diǎn) D 從點(diǎn) B 運(yùn)動到點(diǎn) c 的過程中,① 直接寫出 A F 的最小值;
② 直接寫出點(diǎn) F 的運(yùn)動路徑的長.
(1)證明:因?yàn)?A B=A C ,所以 ∠ B=∠ A C B 因?yàn)?∠ A D E+∠ C D E=∠ B+∠ B A D, ∠ A D E= ∠ B ,所以 ∠ B A D=∠ C D E ,所以 Δ A B D~Δ D C E .
(2)解:如圖6,作 A M⊥ BC于點(diǎn) M 在 RtΔ A B M 中,設(shè)B M=4k ,則 A M=B M× tan
由勾股定理,得到 ,所以
,解得 k=4 或 k=-4 (舍去).所以B M=16,A M=12. 因?yàn)?A B=A C , A M⊥ B C ,所以B C=2B M=32
因?yàn)?D E//A B ,所以 ∠ B A D=∠ A D E 又 ∠ A D E= ∠ B ,所以 ∠ B A D=∠ A C B
又因?yàn)?∠ A B D=∠ C B A ,所以 Δ A B D~Δ C B A , 則 .
所以
因?yàn)?D E//A B ,所以 BC,從而得AE=
(3) ①A F 的最小值為9;
② 點(diǎn) F 的運(yùn)動路徑的長為24.
評析:本題考查點(diǎn)的運(yùn)動為背景,求解線段最值和長度問題.在理解題意的基礎(chǔ)上,適當(dāng)添加輔助線,然后利用等腰三角形性質(zhì)、勾股定理、相似三角形判定、對應(yīng)邊比例關(guān)系、銳角三角函數(shù)等進(jìn)行求解.