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【解题研究】做好线段搬运——温州瑞安二模第24题

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【解题研究】做好线段搬运——温州瑞安二模第24题


最短路径问题,在人教版数学八年级上册是作为综合与实践版块出现的,如下图:


从教材中我们可以看出,这一类问题在八年级时主要是基于两个定理“两点之间,线段最短”和“垂线段最短”,而到了九年级的时候,新增了圆、二次函数,那么这一类问题的复杂程度提升了。

但无论哪一种最短路径问题,核心就是将这些路径(通常情况下是若干条线段和)通过转化,变成一条线段,在课堂上,我们也可以戏称之为“搬运”,搬运方法比较多,平移、全等、对称、圆的性质等均可用。

题目

如图,在四边形ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,AB=5,BC=4,CE平分∠BCD,交AB于点E,点F在AB上,且AE=BF.

(1)如图2,当点E与点F重合时,求tan∠ECD的值;

(2)如图3,点G在射线AD上,且点E在点F上方时,连结DE、FG.

①当EF=5/3时,求AD的长;

②若AD+AG=5,求DE+FG的最小值.


解析:

01

(1)很基础的问题,由AE=BF可知此时点E为AB中点,得到BE=5/2,而由角平分线可得∠ECD=∠ECB,在Rt△BCE中直接利用三角函数定义求得tan∠ECB=5/8,即tan∠ECD=5/8;

02

(2)①当EF=5/3,且AB=5,AE=BF条件加成下,可求得AE=EF=BF=5/3;

夹在平行线间的角平分线也是平时常见的构型,不妨延长CE、DA交于点H,如下图:


由角平分线可得∠BCE=∠DCE,再由平行得∠BCE=∠H,于是∠DCE=∠H,DH=DC;

由前面的计算可知AE:BE=1:2,我们易证△AEH∽△BEC,相似比为1:2,所以可以求出AH=2,再设AD=x,则DH=x+2,即DC=x+2,而DM=AB=5,CM=BC-BM=BC-AD=4-x,这样在Rt△DCM中,利用勾股定理列方程得(4-x)²+25=(x+2)²,解得x=37/12;

②基本思路是将DE和FG转化至同一条直线上,如下图:


作点G关于AB的对称点G',连接MF,由对称可得FG=FG',图中的四边形ABMD可证其为矩形,得到AD=BM,再加上AE=BF和一对直角,可证△ADE≌△BMF,所以DE=MF,这样我们成功将DE+FG转化成了FM+FG',上图中红色虚线;

点G'和点M为定点,所以根据两点之间线段最短,当G'、F、M共线时,DE+FG最短,如下图:


观察Rt△MDG',DG'=AG'+AD=AG+AD=5,DM=AB=5,可求出MG'=5√2,即DE+FG最小值为5√2.

解题思考

本题的两条线段DE和FG设置得很有意思,这四个端点没有一个是定点,然而却相互关联,因此用传统的将军饮马模型去套,多数会无从下手,当我们分析图中的等量关系时AD+AG=5是突破口,这说明我们需要寻找一条线段,长度是5,这才想到轴对称,将原本重叠的两条线段分开,变成一条线段DG',再借助全等将DE也搬过来,拼在一起。

最短路径问题、线段最值问题通常的思路学生都明白,实际解题中,需要通过对条件的解读,找到合理落实思路的突破口,最终回归到两个基本“最值定理”,包括我们常见的将军饮马模型,本质也是这个思路,所以在教学中,不是仅仅教学生怎样做,更要教学生为什么这样做。

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