巧用“轴对称”解决最小值问题

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  轴对称是中学数学的重要内容之一,这部分知识不仅是中考的必考内容. 而且应用这部分知识能解决生活中的一些实际问题,在近几年的中考中,利用轴对称性质求最短距离的试题经常出现,试题虽然花样翻新,但其实质还是一样的,下面举几个例子说明,以帮助同学们学习.
  例1 (2013·大连)如图1,正方形ABCD的面积为16,△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. B. 3
  C. 4 D.
  【分析】正方形是轴对称图形,点B与D关于AC对称,所以BE与AC的交点即为P点.而等边△ABE的边BE=AB,由正方形ABCD的面积为16,求AB的长从而得出结果.
  解:设BE与AC交于点P′,连接BD、P′D,如图2.
  ∵点B与D关于AC对称,∴P′D=P′B,
  ∴P′D P′E=P′B P′E=BE.
  ∵正方形ABCD的面积为16,
  ∴AB=4,又∵△ABE是等边三角形,
  ∴BE=AB=4.故选C.
  【点评】本题考查的是正方形的性质和轴对称中的最短路线问题,要熟知“两点之间,线段最短”.
  例2 (2009·连云港)如图3,四边形ABCD是直角梯形,AB∥CD,AD⊥AB,点P是腰AD上的一个动点,要使PC PB的值最小,则点P应该满足( ).
  A. PB=PC B. PA=PD
  C. ∠BPC=90° D. ∠APB=∠DPC
  【分析】本题关键首先确定P点的位置,根据轴对称的知识,可知作点C关于AD的对称点E,连接BE,BE与AD的交点就是点P的位置,再利用轴对称和对顶角相等的性质可得.
  解:如图4,作点C关于AD的对称点E,连接BE交AD于P,连接CP.
  ∴∠DPC=∠EPD,
  ∵∠APB=∠EPD,
  ∴∠APB=∠DPC.故选D.
  【点评】此题的关键是应知点P是怎样确定的.要找直线上一个点和直线同侧的两个点的距离之和最小,则需要利用轴对称的性质进行确定.
  例3 (2015·贺州)如图5,等腰三角形ABC底边BC的长为4 cm,面积是12 cm2,腰AB的垂直平分线EF交AC于点F,若D为BC边上的中点,M为线段EF上一动点,则△BDM的周长最短为_______cm.
  【分析】如图6,连接AD,由于△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,故AD⊥BC.根据三角形的面积公式求出AD的长,再根据EF是线段AB的垂直平分线可知,点B关于直线EF的对称点为点A,故AD的长为BM MD的最小值,由此可得出结论.
  解:∵△ABC是等腰三角形,D是BC边的中点,∴S△ABC=BC·AD=×4×AD=12,
  ∴ AD=6 cm.
  ∵EF是线段AB的垂直平分线,
  ∴点B和点A关于直线EF对称,
  ∴AD的长为BM MD的最小值,
  ∴△BDM的周长最短=(BM MD) BD =AD BC=6 ×4=6 2=8(cm).
  故答案为:8.
  【总结】已知两定点与一直线,欲在直线上取一点,使该点到两定点的距离和最小.这种题可分两类:一类是当两点在该直线的两侧时,根据两点之间线段最短,可连接这两点,这两点连线与这条直线的交点就是所求点,另一类当两点在同侧时,任作一定点关于该直线的对称点,再连接对称点与另一定点,其连接线与该直线的交点就是要求的点.
  例4 (2012·兰州)如图7,四边形ABCD中∠BAD=120°,∠B=∠D=90°,在BC、CD上分别找一点M、N,使△AMN周长最小时,则∠AMN ∠ANM的度数为( ).
  A. 130° B. 120°
  C. 110° D. 100°
  【分析】要使△AMN的周长最小,利用点的轴对称,让三角形的三边转换到同一直线上,作出A关于BC和CD的对称点A′,A″,即可得出∠AA′M ∠A″=∠HAA′=60°,进而得出∠AMN ∠ANM=2(∠AA′M ∠A″)即可得出答案.
  解:如图8,作A关于BC和CD的对称点A′、A″,连接A′A″,交BC于M,交CD于N,则A′A″的长度即为△AMN的周长最小值.作DA延长线AH.
  ∵∠DAB=120°,∴∠HAA′=60°,
  ∴∠AA′M ∠A″=∠HAA′=60°,
  ∵∠MA′A=∠MAA′,∠NAD=∠A″,
  ∴∠AMN ∠ANM=∠MA′A ∠MAA′ ∠NAD ∠A″=2(∠AA′M ∠A″)
  =2×60°=120°,故选B.
  【点评】本题考查了轴对称确定最短路线问题、轴对称的性质、三角形的内角和定理、三角形的一个外角等于与它不相邻的两个内角的和的性质,确定出点M、N的位置是解题的关键.
  【小结】两个动点难以把握,关键是如何使变化的三条边的和最小,我们只需要利用轴对称,将变化的三条边能组成一条线段,便可利用“两点之间线段最短”求解.
  (作者单位:江苏省常熟市兴隆中学)
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