模型48 梯子最值与斜边中点模型(讲+练)-备战2023年中考数学解题大招复习讲义(全国通用)
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【模型】梯子最值问题,指有一条线段的两个端点在坐标轴上滑动的最值模型.
【结论】线段AB的两端在坐标轴上滑动,∠ABC=90°,AB的中点为Q,连接OQ,QC,
当O,Q,C三点共线时,OC取得最大值
【简证】如图在 Rt△AOB 中,点Q是中点,∴OQ=AB.
在 Rt△ABC 中,由勾股定理得 CQ= .
若OC要取得最大值,则 O,Q,C三点共线,即 OC=OQ+QC,
即 OC=AB+
【小结】梯子模型的题,关键是取两个图形的公共边的中点作为桥梁
例题精讲
【例1】.如图,已知,∠MON=∠BAC=90°,且点A在OM上运动,点B在ON上运动,若AB=8,AC=6,则OC的最大值为 4+2 .
解:取AB的中点E,连接OE,CE,
∴AE=4,
在Rt△ACE中,由勾股定理得,
CE===2,
∵∠AOB=90°,点E为AB的中点,
∴OE=AB=4,
∵OC≤OE+CE,
∴当点O、E、C共线时,OC最大值为4+2,
故答案为:4+2.
Ø变式训练
【变式1-1】.如图,矩形ABCD,AB=2,BC=4,点A在x轴正半轴上,点D在y轴正半轴上,当点A在x轴上运动时,点D也随之在y轴上运动,在这个运动过程中,点C到原点O的最大距离为( )
A. B.2 C. D.
解:如图,取AD的中点H,连接CH,OH,
∵矩形ABCD,AB=2,BC=4,
∴CD=AB=2,AD=BC=4,
∵点H是AD的中点,
∴AH=DH=2,
∴==,
∵∠AOD=90°,点H是AD的中点,
∴,
在△OCH中,CO<OH+CH,
当点H在OC上时,CO=OH+CH,
∴CO的最大值为,
故选:A.
【变式1-2】.如图,∠MON=90°,已知△ABC中,AC=BC=13,AB=10,△ABC的顶点A、B分别在边OM、ON上,当点B在边ON上运动时,A随之在OM上运动,△ABC的形状始终保持不变,在运动的过程中,点C到点O的最小距离为_______
解:作CH⊥AB于H,连接OH,如图,
∵AC=BC=13,
∴AH=BH=AB=5,
在Rt△BCH中,CH===12,
∵H为AB的中点,
∴OH=AB=5,
∵OC≥CH﹣OH(当点C、O、H共线时取等号),
∴OC的最小值为12﹣5=7.
【例2】.如图,点A、B分别在y轴和x轴正半轴上滑动,且保持线段AB=4,点D坐标为(4,3),点A关于点D的对称点为点C,连接BC,则BC的最小值为 6 .
解:如图所示,取AB的中点E,连接OE,DE,OD,
由题可得,D是AC的中点,
∴DE是△ABC的中位线,
∴BC=2DE,
∵点D坐标为(4,3),
∴OD==5,
∵Rt△ABO中,OE=AB=×4=2,
∴当O,E,D在同一直线上时,DE的最小值等于OD﹣OE=3,
∴BC的最小值等于6,
故答案为:6.
Ø变式训练
【变式2-1】.如图,OA⊥OB,垂足为O,P、Q分别是射线OA、OB上的两个动点,点C是线段PQ的中点,且PQ=4,点Q从点O出发沿OB方向运动过程中,动点C运动形成的路径长是 π .
解:∵OA⊥OB,
∴∠AOB=90°,
当Q点与O点重合时,
PQ的中点C在OP的中点处,
当P点与O点重合时,
PQ的中点C在OQ的中点处,
∵PQ=4,
∴C点运动轨迹是以O为圆心,2为半径的圆上,
∴动点C运动形成的路径长=π×4=π,
∴动点C运动形成的路径长是π,
故答案为π.
【变式2-2】.如图,在△ABC中,∠ABC=90°,AB=3,BC=4,D为AC的中点,过点D作DE⊥DF,DE,DF分别交AB,BC于点E,F,求EF的最小值.
解:∵DE⊥DF,
∴∠EDF=90°,
∴EF2=DE2+DF2,
∴当DE与DF的值最小时,EF长度的值最小,
即当DF′⊥BC,DE′⊥AB时,线段E′F′值最小,
如图,过D作DE′⊥AB于E′,DF′⊥BC于F′,
则四边形DF′BE′是矩形,
∴E′F′=BD,
∵∠ABC=90°,AB=3,BC=4,
∴AC=5,
∵D是斜边AC的中点,
∴BD=AC=2.5.
∴E′F′=BD=2.5.
∴EF的最小值为2.5.
1.如图,∠MON=90°,矩形ABCD的顶点A,B分别在OM、ON上,当B在边ON上运动时,A随之在边OM上运动,矩形ABCD的形状保持不变,其中AB=2,BC=.运动过程中,当点D到点O的距离最大时,OA长度为( )
A. B. C.2 D.
解:如图,取AB的中点,连接OE、DE,
∵∠MON=90°,
∴OE=AE=AB=×2=1,
∵四边形ABCD是矩形,
∴AD=BC=,
在Rt△ADE中,由勾股定理得,DE===2,
由三角形的三边关系得,O、E、D三点共线时点D到点O的距离最大,
此时,OD=OE+DE=1+2=3,
过点A作AF⊥OD于F,则cos∠ADE==,
即=,
解得DF=,
∵OD=3,
∴点F是OD的中点,
∴AF垂直平分OD,
∴OA=AD=.
故选:B.
2.如图,Rt△ABC中,AB=6,AC=8.∠BAC=90°,D,E为AB,AC边上的两个动点,且DE=6,F为DE中点,则BF+CF的最小值为( )
A.2 B. C. D.
解:如图,连接AF,在AB上截取AG=1.5,连接FG,CG,
∵∠BAC=90°,F为DE中点,
∴AF=DE=3,
∴点F在以点A为圆心,AF为半径的圆上,
∵=,∠GAF=∠BAF,
∴△AGF∽△AFB,
∴,
∴GF=BF,
∴BF+CF=GF+CF,
∴当点G,点F,点C共线时,最小值为GC的长,
∵CG===,
∴BF+CF的最小值为,
故选:D.
3.有一架竖直靠在直角墙面的梯子正在下滑,一只猫紧紧盯住位于梯子正中间的老鼠,等待与老鼠距离最小时扑捉.把墙面、梯子、猫和老鼠都理想化为同一平面内的线或点,模型如图,∠ABC=90°,点M,N分别在射线BA,BC上,MN长度始终保持不变,MN=4,E为MN的中点,点D到BA,BC的距离分别为3和2,在此滑动过程中,猫与老鼠的距离DE的最小值为( )
A.2﹣2 B.﹣1 C.﹣2 D.﹣3
解:连接BE,DE,
由勾股定理得:BD==,
在Rt△MBN中,点E是MN的中点,
∴BE=MN=2,
∴点E的运动轨迹是以B为圆心,2为半径的弧,
∴当点E落在线段BD上时,DE的值最小,
∴DE的最小值为:﹣2,
故选:C.
4.如图,AD∥BC,AD=2,BC=3,△ABC的面积是4,那△ACD的面积是 .
解:∵△ABC的面积为4,且BC=3,
∴ABC的高为,
∵AD∥BC,且AD=2.
∴四边形ABCD是梯形,
∴四边形ABCD的面积为:××(2+3)=
∴ACD的面积为:﹣4=.
故答案为:.
5.如图,∠MON=90°,长方形ABCD的顶点B、C分别在边OM、ON上,当B在边OM上运动时,C随之在边ON上运动,若CD=5,BC=24,运动过程中,点D到点O的最大距离为 25 .
解:如图,取BC的中点E,连接OE、DE、OD,
∵OD≤OE+DE,
∴当O、D、E三点共线时,点D到点O的距离最大,
此时,∵CD=5,BC=24,
∴OE=EC=BC=12,
DE===13,
∴OD的最大值为:12+13=25.
故答案为:25.
6.在Rt△ABC中,∠ABC=90°,AB=8,BC=4.如图,将直角顶点B放在原点,点A放在y轴正半轴上,当点B在x轴上向右移动时,点A也随之在y轴上向下移动,当点A到达原点时,点B停止移动,在移动过程中,点C到原点的最大距离为 .
解:如图所示:取A1B1的中点E,连接OE,C1E,当O,E,C1在一条直线上时,点C到原点的距离最大,在
Rt△A1OB1中,∵A1B1=AB=8,点OE为斜边中线,
∴OE=B1E=A1B1=4,
又∵B1C1=BC=4,
∴C1E==4,
∴点C到原点的最大距离为:OE+C1E=4+4.
故答案为:4+4.
7.如图,在等腰直角三角形ABC中,∠B=90°,AB=4,点M,N分别为边AB,BC上的点,且MN=2.点D,E分别是BC,MN的中点,点P为斜边AC上任意一点,则PE+PD的最小值为 2﹣1 .
解:如图,作点D关于AC的对称点D′,连接CD′,BD′,BD′交AC于点P′,DD′交AC于点F,
则PD=PD′,
∵∠MBN=90°,MN=2,E是MN的中点,连接BE,
∴BE=MN=1,即点E在以B为圆心,半径为1的圆位于△ABC的内部的弧上运动,
∵PE+PD=PE+PD′=BE+PE+PD′﹣1,
∴当B、E、P、D′四点在同一条直线上时,BE+PE+PD′=BD′最小,
即PE+PD=BD′﹣1最小,
∵D是BC的中点,
∴CD=BC=2,
∵点D、D′关于AC对称,
∴AC垂直平分DD′,
∴CD′=CD=2,∠D′CF=∠DCF=∠CDD′=∠CD′D=45°,
∴∠DCD′=90°,
∴BD′===2,
∴PE+PD的最小值为2﹣1.
故答案为:2﹣1.
8.如图,∠ACB=∠ADB=90°,AB=6,E为AB中点
(1)若CD=2,求△CDE的周长和面积.
(2)若∠CBD=15°,求△CED的面积.
解:(1)过E作EH⊥CD,
∵∠ACB=∠ADB=90°,AB=6,E为AB中点
∴CE=3,ED=3,CD=2,
∴EH=,△CDE的周长=2+3+3=8,
∴△CDE的面积=,
(2)∵∠ACB=∠ADB=90°,AB=6,E为AB中点
∴CE=3,ED=3,
设∠CEA=2x,∠DEA=2(x+15)=2x+30,
∴∠CED=30°
∴△CDE的面积=.
9.如图所示,一根长2.5米的木棍(AB),斜靠在与地面(OM)垂直的墙(ON)上,此时OB的距离为0.7米,设木棍的中点为P.若木棍A端沿墙下滑,且B端沿地面向右滑行.
(1)如果木棍的底端B向外滑出0.8米,那么木棍的顶端A沿墙下滑多少距离?
(2)木棍在滑动的过程中,请判断A、O、B、P四点的所有连线中,哪些线段的长度不变,并简述理由.
(3)在木棍滑动的过程中,当滑动到什么位置时,△AOB的面积最大?简述理由,并求出面积的最大值.
解:(1)在直角△ABC中,已知AB=2.5m,BO=0.7m,
则AO==2.4m,
∵DO=OB+BD,
∴OD=1.5m,
∵直角三角形CDO中,AB=CD,且CD为斜边,
∴OC==2m,
∴AC=OA﹣OC=2.4m﹣2m=0.4m;
∴木棍的顶端A沿墙下滑0.4m.
(2)AB、AP、BP、OP均不变.理由:
因为P为AB中点,所以AB、AP、BP不变;
在直角三角形中,斜边上的中线等于斜边的一半,因为斜边AB不变,所以斜边上的中线OP不变;
(3)当△AOB的斜边上的高h等于中线OP时面积最大.
如图,若h与OP不相等,则总有h<OP,
故根据三角形面积公式,有h与OP相等时△AOB的面积最大,
此时,S△AOB=AB⋅h=×2.5×1.25=1.5625().
所以△AOB的最大面积为(1.5625)m2.
10.如图,平面直角坐标系中,将含30°的三角尺的直角顶点C落在第二象限.其斜边两端点A、B分别落在x轴、y轴上,且AB=12cm
(1)若OB=6cm.
①求点C的坐标;
②若点A向右滑动的距离与点B向上滑动的距离相等,求滑动的距离;
(2)点C与点O的距离的最大值= 12 cm.
解:(1)①过点C作y轴的垂线,垂足为D,如图1:
在Rt△AOB中,AB=12,∠BAO=30°,
∴OB=6,
∴BC=6,
∴∠BAO=30°,∠ABO=60°,
又∵∠CBA=60°,
∴∠CBD=60°,∠BCD=30°,
∴BD=3,CD=3,
所以点C的坐标为(﹣3,9);
②设点A向右滑动的距离为x,根据题意得点B向上滑动的距离也为x,如图2:
AO=12×cos∠BAO=12×cos30°=6.
∴A'O=6﹣x,B'O=6+x,A'B'=AB=12
在△A'O B'中,由勾股定理得,
(6﹣x)2+(6+x)2=122,
解得:x=6(﹣1),
∴滑动的距离为6(﹣1);
(2)设点C的坐标为(x,y),过C作CE⊥x轴,CD⊥y轴,垂足分别为E,D,如图3:
则OE=﹣x,OD=y,
∵∠ACE+∠BCE=90°,∠DCB+∠BCE=90°,
∴∠ACE=∠DCB,
又∵∠AEC=∠BDC=90°,
∴△ACE∽△BCD,
∴,即,
∴y=﹣x,
OC2=x2+y2=x2+(﹣x)2=4x2,
∴取AB中点E,连接CE,OE,则CE与OE之和大于或等于CO,当且仅当C,E,O三点共线时取等号,此时CO=CE+OE=6+6=12,
故答案为:12.
第二问方法二:因∠ACB与∠AOB和为180度,所以∠CAO与∠CBO和为180度,故A,O,B,C四点共圆,且AB为圆的直径,故弦CO的最大值为12.
11.如图,一个梯子AB斜靠在一面墙上,梯子底端为A,梯子的顶端B距地面的垂直距离为BC的长.
(1)若梯子的长度是10m,梯子的顶端B距地面的垂直距离为8m.如果梯子的顶端下滑1m,那么梯子的底端A向外滑动多少米?
(2)设AB=c,BC=a,AC=b,且a>b,请思考,梯子在滑动的过程中,是否一定存在顶端下滑的距离与底端向外滑动的距离相等的情况?若存在,请求出这个距离;若不存在,说明理由.
解:(1)由题意知:AB=10m,BC=8m,
由勾股定理得:AC=(m),
当梯子的顶端下滑1m时,如图,
∴CB'=7m,
由勾股定理得A'C=(m),
∴AA'=A'C﹣AC=(﹣6)m,
∴梯子的底端A向外滑动(﹣6)m;
(2)存在顶端下滑的距离与底端向外滑动的距离相等的情况,设梯子底端向外滑动x米,
则(a﹣x)2+(b+x)2=c2,
解得x1=a﹣b,x2=0(舍),
∴x=a﹣b,
即梯子底端向外滑动(a﹣b)米.
12.如图,将一块等腰直角三角板ABC放置在平面直角坐标系中,∠ACB=90°,AC=BC,点A在y轴的正半轴上,点C在x轴的负半轴上,点B在第二象限.
(1)若AC所在直线的函数表达式是y=2x+4.
①求AC的长;
②求点B的坐标;
(2)若(1)中AC的长保持不变,点A在y轴的正半轴滑动,点C随之在x轴的负半轴上滑动.在滑动过程中,点B与原点O的最大距离是 5+ .
解:(1)①当x=0时,y=2x+4=4,
∴A(0,4);
当y=2x+4=0时,x=﹣2,
∴C(﹣2,0).
∴OA=4,OC=2,
∴AC==2.
②过点B作BD⊥x轴于点D,如图1所示.
∵∠ACO+∠ACB+∠BCD=180°,∠ACO+∠CAO=90°,∠ACB=90°,
∴∠CAO=∠BCD.
在△AOC和△CDB中,,
∴△AOC≌△CDB(AAS),
∴CD=AO=4,DB=OC=2,
OD=OC+CD=6,
∴点B的坐标为(﹣6,2).
(2)如图2所示.
取AC的中点E,连接BE,OE,OB,
∵∠AOC=90°,AC=2,
∴OE=CE=AC=,
∵BC⊥AC,BC=2,
∴BE==5,
若点O,E,B不在一条直线上,则OB<OE+BE=5+.
若点O,E,B在一条直线上,则OB=OE+BE=5+,
∴当O,E,B三点在一条直线上时,OB取得最大值,最大值为5+,
故答案为:5+.
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