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专题17 轴对称之将军饮马模型
模型归纳
基本图模
1.
已知:如图,定点A、B分布在定直线l两侧;
要求:在直线l上找一点P,使PA+PB的值最小
解:连接AB交直线l于点P,点P即为所求,
PA+PB的最小值即为线段AB的长度
理由:在l上任取异于点P的一点P´,连接AP´、BP´,
在△ABP’中,AP´+BP´>AB,即AP´+BP´>AP+BP
∴P为直线AB与直线l的交点时,PA+PB最小.
2.
已知:如图,定点A和定点B在定直线l的同侧
要求:在直线l上找一点P,使得PA+PB值最小
(或△ABP的周长最小)
解:作点A关于直线l的对称点A´,连接A´B交l于P,
点P即为所求;
理由:根据轴对称的性质知直线l为线段AA´的中垂线,
由中垂线的性质得:PA=PA´,要使PA+PB最小,则
需PA´+PB值最小,从而转化为模型1.
方法总结:
1.两点之间,线段最短;2.三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边;
3.中垂线上的点到线段两端点的距离相等;4.垂线段最短.
【典例分析】
【典例1】(2022春•漳州期末)如图,要在街道l设立一个牛奶站O,向居民区A,B提供牛奶,下列设计图形中使OA+OB值最小的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解答】解:作点A关于直线l的对称点A′,连接A′B交直线l于点O,则点O即为所求点.
故选:D.
【变式1】(2021春•成都期末)如图,点A,B在直线l的同侧,在直线l上找一点P,使PA+PB最小,则下列图形正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解答】解:∵点A,B在直线l的同侧,
∴作A点关于l的对称点A',连接A'B与l的交点为P,
由对称性可知AP=A'P,
∴PA+PB=PA′+PB=A′B为最小,
故选:B.
【典例2】(2022春•埇桥区校级期末)如图,Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,AB=10,BD平分∠ABC,如果点M,N分别为BD,BC上的动点,那么CM+MN的最小值是( )
A.4 B.4.8 C.5 D.6
【答案】B
【解答】解:如图所示:
过点C作CE⊥AB于点E,交BD于点M,
过点M作MN⊥BC于点N,
∵BD平分∠ABC,
∴ME=MN,
∴CM+MN=CM+ME=CE.
∵Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,AB=10,CE⊥AB,
∴S△ABC=•AB•CE=•AC•BC,
∴10CE=6×8,
∴CE=4.8.
即CM+MN的最小值是4.8,
故选:B.
【变式2-1】(2022春•河源期末)已知,等腰△ABC中,AB=AC,E是高AD上任一点,F是腰AB上任一点,腰AC=5,BD=3,AD=4,那么线段BE+EF的最小值是( )
A.5 B.3 C. D.
【答案】C
【解答】解:如图作点F关于AD的对称点F′,连接EF′.作BH⊥AC于H.
∵AB=AC,AD⊥BC,
∴BD=CD=3,
∴点F′在AC上,
∵BE+EF=BE+EF′,
根据垂线段最短可知,当B,E,F′共线,且与H重合时,BE+EF的值最小,最小值就是线段BH的长.
在Rt△ACD中,AC=5,
∵•BC•AD=•AC•BH,
∴BH=,
∴BE+EF的最小值为,
故选:C
【变式2-2】(2021秋•甘南县期末)如图,在△ABC中,直线l垂直平分AB分别交CB、AB于点D,E,点F为直线l上任意一点,AC=3,CB=4.则△ACF周长的最小值是( )
A.4 B.6 C.7 D.10
【答案】C
【解答】解:∵直线l垂直平分AB,
∴A,B关于直线l为对称,
∴F与D点重合时,AF+CF最小,最小值是BC=4,
∴△ACF周长的最小值=AF+CF+AC=AC+CD+BD=AC+BC=3+4=7,
故选:C.
【变式2-3】(2022春•南岸区校级期中)如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,∠A=30°,AB=7,BD是△ABC的角平分线,点P,点N分别是BD,AC边上的动点,点M在BC上,且BM=1,则PM+PN的最小值为( )
A.3 B. C.3.5 D.
【答案】A
【解答】解:如图所示,作点M关于BD的对称点M',连接PM',则PM'=PM,BM=BM'=1,
∴PN+PM=PN+PM',
当N,P,M'在同一直线上,且M'N⊥AC时,PN+PM'的最小值等于垂线段M'N的长,
此时,∵Rt△AM'N中,∠A=30°,
∴M'N=AM'=×(7﹣1)=3,
∴PM+PN的最小值为 3,
故选:A.
【典例3】(2021春•西乡县期末)如图,等腰三角形ABC的底边BC为4,面积为24,腰AC的垂直平分线EF分别交边AC,AB于点E,F,若D为BC边的中点,M为线段EF上一动点,则△CDM的周长的最小值为( )
A.8 B.10 C.12 D.14
【答案】D
【解答】解:连接AD,MA.
∵△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,
∴AD⊥BC,
∴S△ABC=BC•AD=×4×AD=24,解得AD=12,
∵EF是线段AC的垂直平分线,
∴点A关于直线EF的对称点为点C,MA=MC,
∴MC+DM=MA+DM≥AD,
∴AD的长为CM+MD的最小值,
∴△CDM的周长最短=(CM+MD)+CD=AD+BC=12+×4=14.
故选:D
【变式3-1】(2021秋•海珠区期中)如图,在△ABC中,AB=AC,BC=4,△ABC的面积是14,AC的垂直平分线EF分别交AC,AB于E,F点.若点D为BC边的中点,点M为线段EF上一动点,则CM+DM的最小值为( )
A.21 B.7 C.4 D.2
【答案】B
【解答】解:连接AD,
∵△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点.
∴AD⊥BC,
∴S△ABC=BC•AD=×4×AD=14,解得AD=7,
∵EF是线段AB的垂直平分线,
∴点C关于直线EF的对称点为点A,
连接AM,则CM+DM=AM+DM≥AD,
∴当点M在线段AD上时,CM+DM的值最小,
∴AD的长为CM+MD的最小值.
故选:B.
【变式3-2】如图,等腰三角形ABC的底边BC的长为4,面积是16,腰AC的垂直平分线EF分别交AC,AB边于E,F点,若点D为BC边的中点,点M为线段EF上一动点,则△CDM周长的最小值为( )
A.7 B.8 C.9 D.10
【答案】D
【解答】解:∵EF是AC的垂直平分线,
∴点A与点C关于EF对称.
连接AD,与EF的交点为M,则此时点M为使△CDM周长最小时的位置.
∵点D是底边BC上的中点,且△ABC是等腰三角形,
∴AD⊥BC.
∵S△ABC=16,BC=4,
∴AD===8.
∵MA=MC,
∴△CDM的周长=MC+MD+CD=AD+DC=8+2=10.
故选:D
【典例4】(2020秋•郧西县月考)如图,已知∠AOB的大小为30°,P是∠AOB内部的一个定点,且OP=1,点E、F分别是OA、OB上的动点,则△PEF周长的最小值等于( )
A. B. C.2 D.1
【答案】D
【解答】解:作P点关于OA的对称点P',作P点关于OB的对称点P'',连接P'P''交OA于点E、交BO于点F,连接OP'、OP'',
由对称性可知,PE=P'E,PF=P''F,
∴△PEF周长=PE+PF+EF=P'E+P''F+EF=P'P'',
此时△PEF周长最小,
∵PO=OP',OP=OP'',
∴OP'=OP'',
∵∠AOB=30°,
∴∠P'OP''=60°,
∴△OP'P''是等边三角形,
∵OP=1,
∴P'P''=1,
故选:D.
【变式4-1】(2021秋•澄城县期末)如图,∠AOB=30°,∠AOB内有一定点P,且OP=15,若在OA、OB上分别有动点M、N,则△PMN周长的最小值是( )
A.5 B.15 C.20 D.30
【答案】B
【解答】解:作P关于OA的对称点D,作P关于OB的对称点E,连接DE交OA于M,交OB于N,连接PM,PN,则此时△PMN的周长最小,
连接OD,OE,
∵P、D关于OA对称,
∴OD=OP,PM=DM,
同理OE=OP,PN=EN,
∴OD=OE=OP=15,
∵P、D关于OA对称,
∴OA⊥PD,
∵OD=OP,
∴∠DOA=∠POA,
同理∠POB=∠EOB,
∴∠DOE=2∠AOB=2×30°=60°,
∵OD=OE=15,
∴△DOE是等边三角形,
∴DE=15,
即△PMN的周长是PM+MN+PN=DM+MN+EN=DE=15,
故选:B.
【变式4-2】(2021秋•应城市期末)如图,∠MON=50°,P为∠MON内一点,OM上有点A,ON上有点B,当△PAB的周长取最小值时,∠APB的度数为( )
A.60° B.70° C.80° D.100°
【答案】C
【解答】解:如图,分别作P关于OM、ON的对称点P1、P2,然后连接两个对称点即可得到A、B两点.
∴△PAB即为所求的三角形,
根据对称性知道:
∠APO=∠AP1O,∠BPO=∠BP2O,
还根据对称性知道:∠P1OP2=2∠MON,OP1=OP2,
而∠MON=50°,
∴∠P1OP2=100°,
∴∠AP1O=∠BP2O=40°,
∴∠APB=2×40°=80°.
故选:C.
【典例5】(2021秋•丛台区校级期末)如图,四边形ABCD中,∠BAD=130°,∠B=∠D=90°,在BC,CD上分别找一点M,N,使△AMN的周长最小时,则∠ANM+∠AMN的度数为( )
A.80° B.90° C.100° D.130°
【答案】C
【解答】解:作A点关于CD的对称点F,作A点关于BC的对称点E,连接EF交CD于N,交BC于M,连接AM、AN,
∵∠B=∠D=90°,
∴AN=NF,AM=EM,
∴△AMN的周长=AM+AN+MN=NF+MN+EM=EF,此时△AMN的周长有最小值,
∵∠FAN=∠F,∠E=∠EAM,
∴∠E+∠F=180°﹣∠BAD,
∵∠BAD=130°,
∴∠E+∠F=50°,
∴∠BAM+∠FAN=50°,
∴∠MAN=130°﹣50°=80°,
∴∠ANM+∠AMN=180°﹣∠MAN=100°,
故选:C.
【变式5-1】(2021秋•仁怀市期末)如图,在四边形ABCD中,∠B=∠D=90°,∠BAD=140°,点E,F分别为BC和CD上的动点,连接AE,AF.当△AEF的周长最小时,∠EAF的度数为( )
A.60° B.90° C.100° D.120°
【答案】C
【解答】解:作A关于BC和CD的对称点A′,A″,连接A′A″,交BC于E,交CD于F,则A′A″即为△AEF的周长最小值.
∵DAB=140°,
∴∠AA′E+∠A″=180°﹣140°=40°,
∵∠EA′A=∠EAA′,∠FAD=∠A″,
∴∠EAA′+∠A″AF=40°,
∴∠EAF=140°﹣40°=100°.
故选:C.
【变式5-2】(2022春•驻马店期末)如图,四边形ABCD中,∠BAD=a,∠B=∠D=90°,在BC、CD上分别找一点M、N,当△AMN周长最小时,则∠MAN的度数为( )
A.a B.2a﹣180° C.180°﹣a D.a﹣90°
【答案】B
【解答】解:延长AB到A′使得BA′=AB,延长AD到A″使得DA″=AD,连接A′A″与BC、CD分别交于点M、N.
∵∠ABC=∠ADC=90°,
∴A、A′关于BC对称,A、A″关于CD对称,
此时△AMN的周长最小,
∵BA=BA′,MB⊥AB,
∴MA=MA′,同理:NA=NA″,
∴∠A′=∠MAB,∠A″=∠NAD,
∵∠AMN=∠A′+∠MAB=2∠A′,∠ANM=∠A″+∠NAD=2∠A″,
∴∠AMN+∠ANM=2(∠A′+∠A″),
∵∠BAD=a,
∴∠A′+∠A″=180°﹣a,
∴∠AMN+∠ANM=2×(180°﹣a)=360°﹣2a.
∴∠MAN=180°﹣(360°﹣2a)=2a﹣180°,
故选:B.
【典例6】如图,在平面直角坐标系中,点C的坐标为(﹣1,5).
(1)若把△ABC向右平移5个单位,再向下平移3个单位得到△A1B1C1,并写出B1的坐标;
(2)求出△ABC的面积;
(3)在y轴上找一点P,使得PA+PB的值最小(保留作图痕迹,不写作法).
【解答】解:(1)如图,△A1B1C1即为所求,
∴B1的坐标(3,﹣2);
(2)S△ABC=3×4﹣×2×2﹣×1×4﹣×2×3=12﹣2﹣2﹣3=5;
(3)作点B关于y轴的对称点B',连接AB'交y轴于P,
则点P即为所求.
【变式6】如图,在平面直角坐标系中,点C的坐标为(﹣1,5).
(1)若把△ABC向右平移5个单位,再向下平移3个单位得到△A1B1C1,并写出B1的坐标;
(2)在x轴上找一点P,使得PA+PB的值最小.
【解答】解:(1)△A1B1C1如图所示.
从图象看,B1点的坐标是(﹣3,2).
(2)A点关于x轴的对称点A′坐标为(4,﹣4),
连接A'B交x轴于P点,则PA+PB=PA'+PB=A'B,此时PA+PB的值最小,
【夯实基础】
1.(2022秋•陕州区期末)如图,点M,N在直线L的同侧,小东同学想通过作图在直线L上确定一点Q,使MQ与QN的和最小,那么下面的操作正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解答】解:先作点M关于直线l的对称点,再连接连接N和对称点交l于点Q,
则MQ+NQ=M′Q+NQ=M′N,由“两点之间,线段最短”可知,点Q即为所求的点,
故选:C.
2.(2022秋•金平区期末)某区计划在公路旁修建一个核酸采集点P,现有如下四种方案,则核酸采集点P到A、B两个小区之间的距离之和最短的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解答】解:作点A关于直线m的对称点A',连接A'B交直线m于P,根据两点之间线段最短,可知选项B中的核酸采集点P到A、B两个小区之间的距离之和最短.
故选:B.
3.(2022秋•河口区期末)如图,∠AOB内一点P,P1,P2分别是P关于OA、OB的对称点,P1P2交OA于点M,交OB于点N.若△PMN的周长是5cm,则P1P2的长为( )
A.3cm B.4cm C.5cm D.6cm
【答案】C
【解答】解:∵P点关于OA、OB的对称点P1、P2,
∴PM=P1M,PN=P2N,
∴△PMN的周长=PM+MN+PN=P1M+MN+P2N=P1P2,
∵△PMN的周长是5cm,
∴P1P2=5cm.
故选:C
4.(2022秋•香洲区期末)已知∠AOB=30°,在∠AOB内有一定点P,点M,N分别是OA,OB上的动点,若△PMN的周长最小值为3,则OP的长为( )
A.1.5 B.3 C. D.
【答案】B
【解答】解:分别作点P关于OB、OA的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点M、N,连接OC、OD、PM、PN、MN,如图所示:
∵点P关于OA的对称点为D,
∴PM=DM,OP=OD,∠DOA=∠POA;
∵点P关于OB的对称点为C,
∴PN=CN,OP=OC,∠COB=∠POB,
∴OC=OP=OD,∠AOB=∠COD,
∴∠COD=60°,
∴△COD是等边三角形,
∴OC=OD=CD=OP,
∵△PMN周长的最小值是3cm,
∴PM+PN+MN=3cm,
∴DM+CN+MN=3cm,
即CD=3cm=OP,
故选:B.
5.(2023•紫金县校级开学)如图,点P是∠AOB内任意一点,OP=6cm,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,若△PMN周长的最小值是6cm,则∠AOB的度数是( )
A.15 B.30 C.45 D.60
【答案】B
【解答】解:分别作点P关于OA、OB的对称点C、D,连接CD,
分别交OA、OB于点M、N,连接OC、OD、PM、PN、MN,如图所示:
∵点P关于OA的对称点为D,关于OB的对称点为C,
∴PM=DM,OP=OD,∠DOA=∠POA;
∵点P关于OB的对称点为C,
∴PN=CN,OP=OC,∠COB=∠POB,
∴OC=OP=OD,∠AOB=∠COD,
∵△PMN周长的最小值是6cm,
∴PM+PN+MN=6,
∴DM+CN+MN=6,
即CD=6=OP,
∴OC=OD=CD,
即△OCD是等边三角形,
∴∠COD=60°,
∴∠AOB=30°,
故选:B.
6.(2022秋•湖里区期末)如图,在四边形ABCD中,∠C=α°,∠B=∠D=90°,E,F分别是BC,DC上的点,当△AEF的周长最小时,∠EAF的度数为( )
A.α B.2α C.180﹣α D.180﹣2α
【答案】D
【解答】解:作A关于BC和CD的对称点A′,A″,连接A′A″,交BC于E,交CD于F,则A′A″即为△AEF的周长最小值.
∵∠C=α°,∠ACB=∠ADC=90°,
∴∠DAB=180°﹣α°,
∴∠AA′E+∠A″=α°,
∵∠EA′A=∠EAA′,∠FAD=∠A″,
∴∠EAA′+∠A″AF=α°,
∴∠EAF=180°﹣α°﹣α°=180°﹣2α°.
故选:D.
7.(2022秋•东丽区期末)如图,在四边形ABCD中,∠C=72°,∠B=∠D=90°,M,N分别是BC,DC上的点,当△AMN的周长最小时,∠MAN的度数为( )
A.72° B.36° C.108° D.38°
【答案】B
【解答】解: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″即为△AMN的周长最小值.作DA延长线AH,
∵∠DAB=108°,
∴∠HAA′=72°,
∴∠AA′M+∠A″=∠HAA′=72°,
∵∠MA′A=∠MAA′,∠NAD=∠A″,
且∠MA′A+∠MAA′=∠AMN,∠NAD+∠A″=∠ANM,
∴∠AMN+∠ANM=∠MA′A+∠MAA′+∠NAD+∠A″=2(∠AA′M+∠A″)=2×72°=144°,
∴∠MAN=36°,
故选:B.
8.如图,在△ABC中,AB=3,AC=4,EF垂直平分BC,点P为直线EF上的任一点,则AP+BP的最小值是( )
A.4 B.5 C.6 D.7
【答案】A
【解答】解:连接PC.
∵EF是BC的垂直平分线,
∴BP=PC.
∴PA+BP=AP+PC.
∴当点A,P,C在一条直线上时,PA+BP有最小值,最小值=AC=4.
故选:A.
9.如图,AD是等边△ABC的BC边上的中线,F是AD边上的动点,E是AC边上动点,当EF+CF取得最小值时,则∠ECF的度数为( )
A.15° B.22.5° C.30° D.45°
【答案】C
【解答】解:如图:
过点B作BE⊥AC于点E,交AD于点F,连接CF,
∵△ABC是等边三角形,
∴AE=EC,
AF=FC,
∴∠FAC=∠FCA,
∵AD是等边△ABC的BC边上的中线,
∴∠BAD=∠CAD=30°,
∴∠ECF=30°.
故选:C.
10.如图,在△ABC中,AB=AC,BC=4,面积是14,AC的垂直平分线EF分别交AC,AB边于E,F点.若点D为BC边的中点,点M为线段EF上一动点,则△CDM周长的最小值为( )
A.10 B.9 C.8 D.6
【答案】B
【解答】解:连接AD,AM,
∵△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,
∴AD⊥BC,
∴S△ABC=BC•AD=×4×AD=14,解得AD=7,
∵EF是线段AC的垂直平分线,
∴AM=CM,
当点M在AD上时,DM+CM最小,最小值为AD,
∴△CDM的周长最短=(CM+MD)+CD=AD+BC=7+×4=7+2=9.
故选:B.
11.如图,在等边△ABC中,点E是AC边的中点,点P是△ABC的中线AD上的动点,且AD=6,则EP+CP的最小值是( )
A.12 B.9 C.6 D.3
【答案】C
【解答】解:作点E关于AD的对称点F,连接CF,
∵△ABC是等边三角形,AD是BC边上的中线,
∴AD⊥BC,
∴AD是BC的垂直平分线,
∴点E关于AD的对应点为点F,
∴CF就是EP+CP的最小值.
∵△ABC是等边三角形,E是AC边的中点,
∴F是AB的中点,
∴CF是△ABC的中线,
∴CF=AD=6,
即EP+CP的最小值为6,
故选:C
12.如图,已知∠MON=40°,P为∠MON内一定点,OM上有一点A,ON上有一点B,当△PAB的周长取最小值时,∠APB的度数是 °.
【答案】100
【解答】解:分别作点P关于OM、ON的对称点P′、P″,连接OP′、OP″、P′P″,P′P″交OM、ON于点A、B,连接PA、PB,此时△PAB周长的最小值等于P′P″.
由轴对称性质可得,OP′=OP″=OP,∠P′OA=∠POA,∠P″OB=∠POB,
∴∠P′OP″=2∠MON=2×40°=80°,
∴∠OP′P″=∠OP″P′=(180°﹣80°)÷2=50°,
又∵∠BPO=∠OP″B=50°,∠APO=∠AP′O=50°,
∴∠APB=∠APO+∠BPO=100°.
故答案为:100.
13.如图,∠AOB=30°,点P是∠AOB内的一定点,且OP=6,若点M,N分别是射线OA,OB上异于点O的动点,则△PMN周长的最小值是 .
【答案】6
【解答】解作点P关于OB的对称点P',作点P关于OA的对称点P'',连接P'P'',
则P'P''的长就是△PMN周长的最小值;
在△OP'P''中,OP'=OP'',
∠AOB=30°,
∴∠P'OP''=60°,
∵OP=6,
∴P'P''=6;
故答案为6;
14.如图,AB⊥BC,AD⊥DC,∠BAD=116°,在BC、CD上分别找一点M、N,当△AMN周长最小时,∠AMN+∠ANM的度数是 .
【答案】128°
【解答】解:作A点关于BC的对称点E,作A点关于CD的对称点F,连接EF,交BC于M点,交CD于N点,
∴AM=EM,AN=NF,
∴AM+AN+MN=EM+MN+NF=EF,此时△AMN周长最小,
由对称性可知,∠E=∠EAM,∠F=∠NAF,
∵∠BAD=116°,
∴∠E+∠F=180°﹣116°=64°,
∴∠MAN=116°﹣64°=52°,
∴∠AMN+∠ANM=180°﹣52°=128°,
故答案为:128°.
15.如图,四边形ABCD中,∠C=50°,∠B=∠D=90°,点E,F分别是边BC、DC上的点,当△AEF的周长最小时,∠EAF点的度数为 .
【答案】80°
【解答】解:作A关于BC和CD的对称点A′,A″,连接A′A″,交BC于E,交CD于F,则A′A″即为△AEF的周长最小值.作DA延长线AH,
∵∠C=50°,
∴∠DAB=130°,
∴∠HAA′=50°,
∴∠AA′E+∠A″=∠HAA′=50°,
∵∠EA′A=∠EAA′,∠FAD=∠A″,
∴∠EAA′+∠A″AF=50°,
∴∠EAF=130°﹣50°=80°,
故答案为80°.
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