追根溯源解决几何动点引起的共线问题和最值问题

追根溯源解决几何动点引起的共线问题和最值问题

通常情况下,证明点在直线上,包括三点共线等问题,关键是先定点或定线,然后证明点过线或者点在线上;而几何动点导致的最值问题,则往往采用设置未知数,求得相应的二次函数解析式来解决,这两个常见解题套路,对于解决几何综合作用非常大。

题目

如图,已知正方形ABCD的边长为4,点P是AB边上的一个动点,连接CP,过点P作PC的垂线交AD于点E,以PE为边作正方形PEFG,顶点G在线段PC上,对角线EG、FP相交于点O

(1)若AP=3,求AE的长;

(2)连接AC,判断点O是否在AC上,并说明理由;

(3)在点P从点A到点B的运动过程中,正方形PEFG也随之运动,求DE的最小值。

追根溯源解决几何动点引起的共线问题和最值问题

​解析

(1)“一线三直角”的典型图例,△APE∽△BCP,利用比例式求得AE=3/4;

(2)证明点在线上,我们先得弄明白AC是什么线,也许同学们都一致认为它是正方形对角线,这没错,但更进一步想,对角线AC还有其它身份吗?有的,它还是内角平分线,对!就是它!AC是∠BAD的角平分线,那么问题就变成证明点O在∠BAD的角平分线上,想到什么定理了吗?“到角两边距离相等的点,在这个角的角平分线上。”根据定理要求,我们需要过点O分别向AB、AD作垂线段OM、ON,然后很容易找到一对全等三角形,△EOM≌△PON,从而证明OM、ON,得到点O在AC上,如下图所示:

追根溯源解决几何动点引起的共线问题和最值问题

(3)整个图形运动过程中,其根源是由于点P的运动,因此我们不妨设AP长为x,然后用含x的代数式来表示DE,既然是求最小值,那么得到的DE的代数式一定可以写成二次函数解析式,推导如下:

追根溯源解决几何动点引起的共线问题和最值问题

解而思

总体上来讲,此题难度并不高,均从常规解题思路出发,但对几何综合分析能力提出较高要求,不少同学在第2问中想不到利用角平分判定定理,便是没有深刻理解AC的意义,仅仅当成正方形对角线是无论如何没办法的,而在第3问中,忘记曾经证明过的相似三角形还能有用,会导致无法用含x的代数式表示DE的长。动点问题,根源在哪,就设哪条线段为x,这也算是基本套路了。


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