关于瓜豆原理是最近网络上出现的一个热门的词语,没有听过的觉得"不懂",知道或了解的又觉得"真简单",群众的智慧是无穷的。
什么是瓜豆原理呢?先看两个动态图:
瓜豆原理可简单概括为:
一条折线段,固定其折点,邻边定比例,夹角不改变.有三点:主动点、固定点和从动点,若主动点在直线上动,则从动点在直线上动;
若主动点在圆上动,则从动点在圆上动;还可以进一步推广:若主动点在双曲线上动,则从动点也在双曲线在上动。此所谓:"种瓜得瓜,种豆得豆"。
经典考题近年来,各地中考试题中不断出现有关动点运动问题,隐含了解析几何"求点的运动轨迹方程"的雏形。这类题目中,条件点随整个几何图形的运动而运动,其背景模糊,轨迹不明,计算繁杂,造成学生的解题思路受阻。
这类题目常设计为填选压轴题,显得极为重要,从动点所经过的路径来分类,常见的有线段和圆弧,偶有双曲线。
1.(2019秋•两江新区期末)已知边长为6的等边△ABC中,E是高AD所在直线上的一个动点,连接BE,将线段BE绕点B逆时针旋转60°得到BF,连接DF,则在点E运动的过程中,当线段DF长度的最小值时,DE的长度为______.
【分析】连接CF,F点在直线CF上运动;由已知可证明△ABE≌△BCF(ASA),当DF⊥CF时,DF最小,求出AE=3√3/2,即可求解.
【解答】:连接CF,
∵等边△ABC,∴AB=BC,
∵线段BE绕点B逆时针旋转60°得到BF,
∴BE=BF,∠ABE=∠CBF,
∴△ABE≌△BCF(ASA),F点在直线CF上运动,
∴CF=AE,∠BCF=30°,∴F点在直线CF上运动,
当DF⊥CF时,DF最小,
∵CD=3,∴CF=3√3/2,∴AE=3√3/2,
∵AD=3√3,∴DE=3√3,故答案为3√3/2.
2.(2019•桂林中考题)如图,在矩形ABCD中,AB=√3,AD=3,点P是AD边上的一个动点,连接BP,作点A关于直线BP的对称点A1,连接A1C,设A1C的中点为Q,当点P从点A出发,沿边AD运动到点D时停止运动,点Q的运动路径长为______.
【解析】:如图,连接BA1,取BC使得中点O,连接OQ,BD.
∵四边形ABCD是矩形,∴∠BAD=90°,
∴tan∠ABD=AD/AB=√3,∴∠ABD=60°,
∵A1Q=QC,BO=OC,
∴OQ=1/2BA1=1/2AB=√3/2,
∴点Q的运动轨迹是以O为圆心,OQ为半径的圆弧,圆心角为120°,
∴点Q的运动路径长=120 •π×√3/2/180=√3π/3.
3.(2019秋•苍南县期末)如图,在直角坐标系中,点A(0,4),B(﹣3,0),C是线段AB的中点,D为x轴上一个动点,以AD为直角边作等腰直角△ADE(点A,D,E以顺时针方向排列),其中∠DAE=90°,则点E的横坐标等于____,连结CE,当CE达到最小值时,DE的长为_______.
【分析】把线段AC绕点A逆时针旋转90°,得到AC′,连接C′D,则C′为定点求出坐标,证明△ACE≌△AC′D,把CE转化为C′D,当C′D⊥OD时,C′D最小,即CE最小,根据全等三角形的性质即可得到即可.
【解答】:如图,把线段AC绕点A逆时针旋转90°,得到AC′,连接C′D,
则C′为定点(2,5/2),
易证△ACE≌△AC′D(SAS),∴C′D=CE.
当C′D⊥OD时,C′D最小,CE最小值为5/2,
∴OD=2,
过E作EG⊥OA于G,EH⊥x轴于H,
则四边形EHOG是矩形,∴EG=OH,
∵∠AGE=∠AOD=∠EAD=90°,
∴∠AEG ∠EAO=∠EAO ∠OAD=90°,
∴∠AEG=∠OAD,
∵AE=AD,∴△AEG≌△DAO(AAS),
∴AG=OD=2,EG=OA=4,
∴点E的横坐标等于﹣4,
∴EH=OG=2.5,DH=2 4=6,
∴利用勾股定理可求得DE=13/2,
故答案为:﹣4,13/2.
4.如图,在△ABC中,AB=4,AC=3,以BC为边在三角形外作正方形BCDE,连接BD,CE交于点O,则线段AO的最大值为______.
【解析】方法1::考虑到AB、AC均为定值,可以固定其中一个,比如固定AB,将AC看成动线段,由此引发正方形BCED的变化,求得线段AO的最大值.
根据AC=3,可得C点轨迹是以点A为圆心,3为半径的圆.
接下来题目求AO的最大值,所以确定O点轨迹即可,观察△BOC是等腰直角三角形,锐角顶点C的轨迹是以点A为圆心,3为半径的圆,所以O点轨迹也是圆,以AB为斜边构造等腰直角三角形,直角顶点M即为点O轨迹圆圆心.
连接AM并延长与圆M交点即为所求的点O,此时AO最大,根据AB先求AM,再根据BC与BO的比值可得圆M的半径与圆A半径的比值,得到MO,相加即得AO=7√2/2.
解法2:如图:以AO为边作等腰直角△AOF,且∠AOF=90°
∵四边形BCDE是正方形,∴BO=CO,∠BOC=90°
∵△AOF是等腰直角三角形,∴AO=FO,AF=√2AO.
∵∠BOC=∠AOF=90°,
∴∠AOB=∠COF,且BO=CO,AO=FO.
∴△AOB≌△FOC(SAS).∴AB=CF=4.
若点A,点C,点F三点不共线时,AF<AC CF;
若点A,点C,点F三点共线时,AF=AC CF
∴AF≤AC CF=3 4=7,∴AF的最大值为7.
∵AF=√2AO,∴AO的最大值为7√2/2.故答案为:7√2/2
解法3:可以如下构造旋转,当A、C、A’共线时,可得AO最大值.
或者直接利用托勒密定理可得最大值.
5.(2018•南通中考题)如图,正方形ABCD中,AB=2√5,O是BC边的中点,点E是正方形内一动点,OE=2,连接DE,将线段DE绕点D逆时针旋转90°得DF,连接AE,CF.
(1)求证:AE=CF;
(2)若A,E,O三点共线,连接OF,求线段OF的长.
(3)求线段OF长的最小值.
【分析】本题是四边形的综合题,考查了正方形的性质、三角形全等及相似的性质和判定、勾股定理,第三问判断最值是难点,将OF的长利用三角形全等转化为PE的长,从而解决问题.当O、E、P三点共线时,PE最小,即OF最小,根据勾股定理可得OP的长,从而得PE的长.和OF的最小值.
【解答】(1)证明:如图1,由旋转得:∠EDF=90°,ED=DF,
∵四边形ABCD是正方形,
∴∠ADC=90°,AD=CD,∴∠ADC=∠EDF,
即∠ADE ∠EDC=∠EDC ∠CDF,∴∠ADE=∠CDF,
易证△ADE≌△CDF(SAS),∴AE=CF;
(2)解:如图2,过F作OC的垂线,交BC的延长线于P,
∵O是BC的中点,且AB=BC=2√5,
∵A,E,O三点共线,
∴OB=√5,由勾股定理得:AO=5,
∵OE=2,∴AE=5﹣2=3,
由(1)知:△ADE≌△CDF,∴∠DAE=∠DCF,CF=AE=3,
∵∠BAD=∠DCP,∴∠OAB=∠PCF,
∵∠ABO=∠P=90°,∴△ABO∽△CPF,
(3)解:如图3,由于OE=2,所以E点可以看作是以O为圆心,2为半径的半圆上运动,延长BA到P点,使得AP=OC,连接PE,
∵AE=CF,∠PAE=∠OCF,
∴△PAE≌△OCF,∴PE=OF,
当PE最小时,为O、E、P三点共线,
6.(2019秋•鼓楼区期中)如图,⊙O的半径为2,O到顶点A的距离为5,点B在⊙O上,点P是线段AB的中点,若B在⊙O上运动一周.
(1)点P的运动路径是一个圆;
(2)△ABC始终是一个等边三角形,直接写出PC长的取值范围.
【分析】(1)连接OA、OB,取OA的中点H,连接OB,HP,则HP是△ABO的中位线,得出HP=1/2OB=1,即P点到H点的距离固定为1,即可得出结论;
(2)由等边三角形的性质和直角三角形的性质分别求出PC的最小值和最大值即可.
【解答】(1)解:连接OA、OB,取OA的中点H,连接OB,HP,如图1所示:
则HP是△ABO的中位线,∴HP=1/2OB=1,
∴P点到H点的距离固定为1,
∴B在⊙O上运动一周,点P运动的路径是以点H为圆心,半径为1的一个圆;
(2)解:连接AO并延长AO交⊙O于点M、N,如图2所示:
总结反思瓜豆原理又称为"主从联动"。是网络上数学大神取的名字,出自成语"种瓜得瓜,种豆得豆"。在一类动点问题中,一个动点随另一个动点的运动而运动,我们把它们分别叫做从动点和主动点,从动点和主动点的轨迹是一致的,即所谓"种瓜得瓜,种豆得豆"。解决这一类问题通常用到旋转和放缩,也就是我们前面讲到的全等型和相似型的手拉手模型。
解题的具体步骤如下:
第一步:找主动点轨迹;
第二步:找从动点与主动点的关系;
第三步;找主动点的起点和终点;
第四步;通过相似确定从动点的轨迹,从而进行相关计算。
可以说,在解决多动点问题时,先研究主动点的轨迹,再通过"瓜豆原理"导出从动点的运动轨迹,一般来说,主动点的轨迹为直线,则从动点的轨迹也为直线;主动点的轨迹为圆,从动点的轨迹也是圆 ,在研究从动点轨迹时,一般将主动点放到初始位置找到相应点(定点),把该定点与从动点相连,构建相似三角形或全等三角形;当主动点轨迹为圆时,应把主动点与圆心相连,作出与题中构建的图形相似的图形,这样可导出从动点的轨迹为圆。
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