淺談經典幾何模型之“阿氏圓”

一.模型名稱由來

【模型背景】“PA+k·PB”型的最值問題是近幾年中考考查的熱點更是難點。當k值為1時,即可轉化為“PA+PB”之和最短問題,就可用我們常見的“飲馬問題”模型來處理,即可以轉化為軸對稱問題來處理。而當k取任意不為1的正數時,若再以常規的軸對稱思想來解決問題,則無法進行,因此必須轉換思路。此類問題的處理通常以動點P所在圖像的不同來分類,一般分為2類研究。即點P在直線上運動P在圓上運動。其中點P在直線上運動的類型稱之為“胡不歸”問題;點P在圓周上運動的類型稱之為“阿氏圓”問題。

【模型由來】“阿氏圓”又稱“阿波羅尼斯圓”,已知平面上兩點A、B,則所有滿足PA=k·PB(k≠1)的點P的軌跡是一個圓,這個軌跡最早由古希臘數學家阿波羅尼斯發現,故稱“阿氏圓”。



二.模型建立

如圖1所示,⊙O的半徑為r,點A、B都在⊙O外,P為⊙O上一動點,已知r=k·OB,連接PA、PB,則當“PA+k·PB”的值最小時,P點的位置如何確定?


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模型解讀:最早見“PA+PB”型問題應該是在“將軍飲馬”問題中,而本題多了一個“k”,故如何確定“k·PB”的大小是關鍵,如圖2,在線段OB上截取OC使OC=k·r,則可說明△BPO與△PCO相似,即k·PB=PC。故本題求“PA+k·PB”的最小值可以轉化為“PA+PC”的最小值,其中與A與C為定點,P為動點,故當A、P、C三點共線時,“PA+PC”值最小。如圖3


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三.“阿氏圓”模型破解策略

【破解策略詳細步驟解析】

第一步:連接動點於圓心O(一般將含有k的線段兩端點分別與圓心O相連),即連接OB、OP;

第二步:計算出線段OP與OB及OP與OA的線段比,找到線段比為k的情況,如例子中的OP/OB=k;

第三步:在OB上取點C,使得OC/OP=OP/OB(核心關鍵步驟

第四步:連接AC,與⊙O的交點即為點P.

【核心步驟另單獨解析】


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回顧圖2,在OB上取點C構建,OC/OP=OP/OB的目的是為了形成“母子型相似模型”,“母子型相似”的構建是“阿氏圓”模型破解的“核武器”,“母子型相似”一出,“阿氏圓”直接破解。

將圖2中△BPO單獨提取出,如圖4,上色渲染的△PCO∽△BPO,就是“母子型相似模型”,“母子型相似模型”的特點如圖4,△PCO與△BPO有公共角∠O,且OC/OP=OP/OB(在某些角度處理策略題中,“母子型相似”的主要特徵是∠0=∠O、∠B=∠OPC)

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(構造出△PCO∽△BPO後可以得到OC/OP=OP/OB,進而推出OP^2=OB·OC,即“半徑的平方=原有線段×構造線段”,確定C的位置後,連接AC,求出AC長度“阿氏圓”即可破解)



四.“阿氏圓”典型例題講解

例1:如圖1,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CB=4,CA=6,⊙C半徑為2,P為圓上一動點,連接APBP,求AP+0.5BP的最小值.


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例 2:已知扇形 COD 中,∠COD=90°,OC=6,OA=3,OB=5,點 P 是弧 CD 上一點,求

2PA+PB 的最小值.


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例 3:如圖 1,已知 AC=6,BC=8,AB=10,⊙C 的半徑為 4,點 D 是⊙C 上的動點,連接

AD、BD,則 AD+0.5BD的最小值為?


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五.“阿氏圓”實戰訓練


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學會方法要加強練習,這樣才能變成自己的知識,希望此文對同學們有所幫助。


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