专题10 几何最值问题【十二个基本问题】1.如图,长方体的底面边长分别为2cm和4cm,高为5cm.若一只蚂蚁从P点开始经过4个侧面爬行一圈到达Q点,则蚂蚁爬行的最短路径长为()A.61cm B.11cm C.13cm D.17cm第1题第2题第3题第4题'2.已知圆锥的底面半径为r=20cm,高h=20 15cm,现在有一只蚂蚁从底边上一点A出发.在侧面上爬行一周又回到A点,蚂蚁爬行的最短距离为________.3.如图,在△ABC中,AB=3,AC=4,BC=5,P为边BC上一动点,PE⊥AB于E,PF⊥AC 于F,则EF的最小值为()A.2 B.C.D.4.如图,在矩形ABCD中,AB=10,BC=5.若点M、N分别是线段AC,AB上的两个动点,则BM+MN的最小值为()A.10 B.8 C.5 3 D.65.如图,一个长方体形的木柜放在墙角处(与墙面和地面均没有缝隙),有一只蚂蚁从柜角A处沿着木柜表面爬到柜角C处.(1)请你画出蚂蚁能够最快到达目的地的可能路径;(2)当AB=4,BC=4,CC=5时,求蚂蚁爬过的最短路径的长.(3)在(2)的条件下,求点B到最短路径的距离.·6.如图,已知P为∠AOB内任意一点,且∠AOB=30°,点P、P分别在OA、OB上,求作点P、P,使△PPP的周长最小,连接OP,若OP=10cm,求△PPP的周长.7.如图,E ,F 是正方形ABCD 的边AD 上两个动点,满足AE =DF .连接CF 交BD 于点G ,连接BE 交AG 于点H .若正方形的边长为2,则线段DH 长度的最小值是________. ?第7题 第8题 第9题8.如图,在等腰Rt △ABC 中,∠BAC =90°,AB =AC ,BC =4 2,点D 是AC 边上一动点,连接BD ,以AD 为直径的圆交BD 于点E ,则线段CE 长度的最小值为 .9.如图,⊙O 的半径为1,弦AB =1,点P 为优弧(⌒)AB 上一动点,AC ⊥AP 交直线PB 于点C ,则△ABC 的最大面积是( )A .12B .22C .32D .3410.如图,已知抛物线y =-x +bx +c 与一直线相交于A (-1,0),C (2,3)两点,与y 轴交于点N .其顶点为D .(1)抛物线及直线AC 的函数关系式;(2)设点M (3,m ),求使MN +MD 的值最小时m 的值;(3)若抛物线的对称轴与直线AC 相交于点B ,E 为直线AC 上的任意一点,过点E 作EF ∥BD 交抛物线于点F ,以B ,D ,E ,F 为顶点的四边形能否为平行四边形若能,求点E 的坐标;若不能,请说明理由;(4)若P 是抛物线上位于直线AC 上方的一个动点,求△APC 的面积的最大值.~…11.如图,抛物线l交x轴于点A(-3,0)、B(1,0),交y轴于点C(0,-3).将抛物线l沿y轴翻折得抛物线l.(1)求l的解析式;(2)在l的对称轴上找出点P,使点P到点A的对称点A及C两点的距离差最大,并说出理由;(3)平行于x轴的一条直线交抛物线l于E、F两点,若以EF为直径的圆恰与x轴相切,求此圆的半径.—【{12.(2016﹒朝阳)小颖在学习“两点之间线段最短”查阅资料时发现:△ABC内总存在一点P与三个顶点的连线的夹角相等,此时该点到三个顶点的距离之和最小.【特例】如图1,点P为等边△ABC的中心,将△ACP绕点A逆时针旋转60°得到△ADE,从而有DE=PC,连接PD得到PD=PA,同时∠APB+∠APD=120°+60°=180°,∠ADP+∠ADE=180°,即B、P、D、E四点共线,故PA+PB+PC=PD+PB+DE=BE.在△ABC中,另取一点P′,易知点P′与三个顶点连线的夹角不相等,可证明B、P′、D′、E四点不共线,所以P′A+P′B+P′C>PA+PB+PC,即点P到三个顶点距离之和最小.%|!13.问题提出(1)如图1,点A为线段BC外一动点,且BC=a,AB=b,填空:当点A位于时,线段AC的长取得最大值,且最大值为(用含a,b的式子表示).问题探究(2)点A为线段BC外一动点,且BC=6,AB=3,如图2所示,分别以AB,AC为边,作等边三角形ABD和等边三角形ACE,连接CD,BE,找出图中与BE相等的线段,请说明理由,并直接写出线段BE长的最大值.问题解决:@(3)①如图3,在平面直角坐标系中,点A的坐标为(2,0),点B的坐标为(5,0),点P为线段AB外一动点,且PA=2,PM=PB,∠BPM=90°,求线段AM长的最大值及此时点P 的坐标.②如图4,在四边形ABCD中,AB=AD,∠BAD=60°,BC=42,若对角线BD⊥CD于点D,请直接写出对角线AC的最大值.。
\14.如图所示,已知抛物线y =a (x +3)(x -1)(a ≠0),与x 轴从左至右依次相交于A 、B 两点,与y 轴相交于点C ,经过点A 的直线y =- 3x +b 与抛物线的另一个交点为D .(1)若点D 的横坐标为2,求抛物线的函数解析式;(2)若在第三象限内的抛物线上有点P ,使得以A 、B 、P 为顶点的三角形与△ABC 相似,求点P 的坐标;(3)在(1)的条件下,设点E 是线段AD 上的一点(不含端点),连接BE .一动点Q 从点B 出发,沿线段BE 以每秒1个单位的速度运动到点E ,再沿线段ED 以每秒2 33个单位的速度运动到点D 后停止,问当点E 的坐标是多少时,点Q 在整个运动过程中所用时间最少&\,答案1.平面展开---最短路径问题解:如图所示:.∵长方体的底面边长分别为2cm 和4cm,高为5cm .∴PA =4+2+4+2=12(cm),QA =5cm,∴PQ =PA 2+AQ 2=13cm .故选:C .2.解:设扇形的圆心角为n ,圆锥的顶为E ,∵r =20cm,h =20 15cm∴由勾股定理可得母线l =r +h =80cm,而圆锥侧面展开后的扇形的弧长为2×20π=n π×80180,∴n =90°即△EAA ′是等腰直角三角形,*∴由勾股定理得:AA '=A ′E +AE =80 2cm .答:蚂蚁爬行的最短距离为80 2cm .故答案为:80 2cm .3.解:连接AP ,∵在△ABC 中,AB =3,AC =4,BC =5,∴AB +AC =BC ,即∠BAC =90°.又∵PE ⊥AB 于E ,PF ⊥AC 于F ,∴四边形AEPF 是矩形,∴EF =AP ,∵AP 的最小值即为直角三角形ABC 斜边上的高,即,¥∴EF 的最小值为,故答案为:.4.解:过B 点作AC 的垂线,使AC 两边的线段相等,到E 点,过E 作EF 垂直AB 交AB 于F 点,AC =5 5,AC 边上的高为=A B ﹒BC AC =25,所以BE =4 5. ∵△ABC ∽△EFB ,∴AB EF =AC BE ,即10EF =5 54 5EF =8.故选:B .5.解:(1)如图,木柜的表面展开图是矩形ABC 'D 或ACCA .故蚂蚁能够最快到达目的地的可能路径有如图的AC '或AC ;$(2)蚂蚁沿着木柜表面矩形ABC 'D 爬过的路径AC '的长是l =4+(4+5).蚂蚁沿着木柜表面矩形矩形ABCD 爬过的路径AC 的长l =97,蚂蚁沿着木柜表面ACCA 爬过的路径AC 的长是l =(4+4)+5.l >l ,故最短路径的长是l 89.(3)作BE ⊥AC 于E ,∵∠CEB =∠CAA ,∠ACA 是公共角,∴△AAC ∽△BEC ,即BE AA =BC AC ,则BE =BC AC ﹒AA =489﹒5=2089为所求. 6.解:分别作点P 关于OA 、OB 的对称点M 、N ,连接MN ,分别交OA 、OB 于点P 、P ,连接OM 、ON 、PP 、PP ,此时△PPP 的周长最小,△PPP 的周长=PP ,PP +PP +PP =MP +PP +NP =MN ,…∵M 、N 分别是P 关于OA 、OB 的对称点,∴∠MOA =∠AOP ,∠NOB =∠BOP ,PP =PM ,PP =PN ,MO =PO =NO ,∴∠MON =∠MOA +∠AOP +∠NOB +∠BOP =2∠AOB ,∵∠AOB =30°,∴∠MON =2×30°=60°,∴△OMN 是等边三角形,又∵△PPP 的周长=PP ,PP +PP +PP =MP +PP +NP =MN ,∴△MNP 的周长=MN =MO =PO =10cm .7.解:在正方形ABCD 中,AB =AD =CD ,∠BAD =∠CDA ,∠ADG=∠CDG ,在△ABE 和△DCF 中,(⎩⎪⎨⎪⎧AB =CD∠BAD =∠CDA AE =DF, ∴△ABE ≌△DCF (SAS ),∴∠1=∠2,在△ADG 和△CDG 中,⎩⎪⎨⎪⎧AD =CD∠ADG =∠CDG DG =DG, ∴△ADG ≌△CDG (SAS ),∴∠2=∠3,∴∠1=∠3,∵∠BAH +∠3=∠BAD =90°,∴∠1+∠BAH =90°,∴∠AHB =180°-90°=90°,取AB 的中点O ,连接OH 、OD ,则OH =AO =12AB =1,在Rt △AOD 中,OD =AO +AD =1+2=5,根据三角形的三边关系,OH +DH >OD ,∴当O 、D 、H 三点共线时,DH 的长度最小, ?最小值=OD -OH =5-1.(解法二:可以理解为点H 是在Rt △AHB ,AB 直径的半圆(⌒)AB 上运动当O 、H 、D 三点共线时,DH 长度最小)故答案为:5-1.8. 解:连结AE ,如图1,∵∠BAC =90°,AB =AC ,BC =4 2,∴AB =AC =4,∵AD 为直径,∴∠AED =90°,∴∠AEB =90°,∴点E 在以AB 为直径的⊙O 上,∵⊙O 的半径为2,∴当点O 、E 、C 共线时,CE 最小,如图2,在Rt △AOC 中,∵OA =2,AC =4,~∴OC =OA +AC =2 5,∴CE =OC -OE =2 5-2,即线段CE 长度的最小值为2 5-2.故答案为2 5-2.9.解:连结OA 、OB ,作△ABC 的外接圆D ,如图1,∵OA =OB =1,AB =1,∴△OAB 为等边三角形,∴∠AOB =60°,∴∠APB =12∠AOB =30°,∵AC ⊥AP ,∴∠C =60°,@∵AB =1,要使△ABC 的最大面积,则点C 到AB 的距离最大,∵∠ACB =60°,点C 在⊙D 上,∴∠ADB =120°,如图2,当点C 优弧AB 的中点时,点C 到AB 的距离最大,此时△ABC 为等边三角形,且面积为34AB =34,∴△ABC 的最大面积为34.故选:D .10. 解:(1)由抛物线y =-x +bx +c 过点A (-1,0)及C (2,3)得,⎩⎨⎧-1-b +c =0-4+2b +c =3,解得 ⎩⎨⎧b =2c =3, 故抛物线为y =-x +2x +3又设直线为y =kx +n 过点A (-1,0)及C (2,3)得⎩⎨⎧-k +n =02k +n =3,解得 ⎩⎨⎧k =1n =1故直线AC 为y =x +1;](2)如图1,作N 点关于直线x =3的对称点N ′,则N ′(6,3),由(1)得D (1,4),故直线DN ′的函数关系式为y =- 15x + 215,当M (3,m )在直线DN ′上时,MN +MD 的值最小, 则m =- 15×3+ 215=185;(3)由(1)、(2)得D (1,4),B (1,2),∵点E 在直线AC 上,设E (x ,x +1),①如图2,当点E 在线段AC 上时,点F 在点E 上方,则F (x ,x +3),∵F 在抛物线上,∴x +3=-x +2x +3,}解得,x =0或x =1(舍去)∴E (0,1);②当点E 在线段AC (或CA )延长线上时,点F 在点E 下方,则F (x ,x -1)由F 在抛物线上∴x -1=-x +2x +3解得x =1- 172或x =1+ 172∴E ⎝ ⎛⎭⎪⎫1- 172, 3- 172或⎝ ⎛⎭⎪⎫ 1+ 172, 3+ 172 综上,满足条件的点E 的坐标为(0,1)、⎝ ⎛⎭⎪⎫ 1- 172, 3- 172或⎝ ⎛⎭⎪⎫ 1+ 172, 3+ 172;(4)方法一:如图3,过点P 作PQ ⊥x 轴交AC 于点Q ,交x 轴于点H ;过点C 作CG ⊥x 轴于点G ,设Q (x ,x +1),则P ()x ,-x +2x +3∴PQ =()-x +2x +3-(x +1)=-x +x +2又∵S =SS =12PQ ﹒AG =12()-x +x +2×3=- 32⎝⎛⎭⎫x - 12+ 278 ∴面积的最大值为278.方法二:过点P 作PQ ⊥x 轴交AC 于点Q ,交x 轴于点H ;过点C 作CG ⊥x 轴于点G ,如图3,设Q (x ,x +1),则P ()x ,-x +2x +3又∵S =S _(△APH )+S _(直角梯形PHGC )-S _(△AGC ) =12(x +1)()-x +2x +3+ 12()-x +2x +3+3(2-x )- 12×3×3=- 32x + 32x +3/=- 32⎝⎛⎭⎫x - 12+ 278 ∴△APC 的面积的最大值为278.11.解:(1)如图1所示,设经翻折后,点A 、B 的对应点分别为A 、B ,依题意,由翻折变换的性质可知A (3,0),B (-1,0),C 点坐标不变,因此,抛物线l 经过A (3,0),B (-1,0),C (0,-3)三点,设抛物线l 的解析式为y =ax +bx +c ,则有:⎩⎪⎨⎪⎧9a +3b +c =0a -b +c =0c =-3,解得a =1,b =-2,c =-3,故抛物线l 的解析式为:y =x -2x -3.(2)抛物线l 的对称轴为:x =- b 2a =1,如图2所示,连接BC 并延长,与对称轴x =1交于点P ,则点P 即为所求.、此时,|PA -PC |=|PB -PC |=BC .设P ′为对称轴x =1上不同于点P 的任意一点,则有:|P ′A -P ′C |=|P ′B _(1)-P ′C |<B _(1)C (三角形两边之差小于第三边),故|P ′B -P ′C |<|PA -PC |,即|PA -PC |最大.设直线BC 的解析式为y =kx +b ,则有:⎩⎨⎧-k +b =0b =-3,解得k =b =-3,故直线BC 的解析式为:y =-3x -3.令x =1,得y =-6,故P (1,-6).(3)依题意画出图形,如图3所示,有两种情况.①当圆位于x 轴上方时,设圆心为D ,半径为r ,由抛物线及圆的对称性可知,点D 位于对称轴x =1上,则D (1,r ),F (1+r ,r ).:∵点F (1+r ,r )在抛物线y =x -2x -3上,∴r =(1+r )-2(1+r )-3,化简得:r -r -4=0解得r =17+12,r = (- gh (17)+1)/(2)(舍去),∴此圆的半径为17+12;②当圆位于x 轴下方时,同理可求得圆的半径为17-12. 综上所述,此圆的半径为17+12或17-12.12.解:(1)如图1,将△ACP 绕点A 逆时针旋转60°得到△ADE ,∴∠PAD =60°,△PAC ≌△DAE ,∴PA =DA 、PC =DE 、∠APC =∠ADE =120°,∴△APD 为等边三角形,∴PA =PD ,∠APD =∠ADP =60°,∴∠APB +∠APD =120°+60°=180°,∠ADP +∠ADE =180°,即B 、P 、D 、E 四点共线, "∴PA +PB +PC =PD +PB +DE =BE .∴PA +PB +PC 的值最小.(2)方法一:如图2,分别以AB 、BC 为边在△ABC 外作等边三角形,连接CD 、AE 交于点P ,∴AB =DB 、BE =BC =8、∠ABD =∠EBC =60°,∴∠ABE =∠DBC ,在△ABE 和△DBC 中,∵ ⎩⎪⎨⎪⎧AB =DB∠ABE =∠DBC BE =BC,∴△ABE ≌△DBC (SAS ),∴CD =AE 、∠BAE =∠BDC , 又∵∠AOP =∠BOD ,∴∠APO =∠OBD =60°,在DO 上截取DQ =AP ,连接BQ ,在△ABP 和△DBQ 中,∵ ⎩⎪⎨⎪⎧AB =DB∠BAP =∠BDQ AP =DQ,∴△ABP ≌△DBQ (SAS ), ∴BP =BQ ,∠PBA =∠QBD , 又∵∠QBD +∠QBA =60°,∴∠PBA +∠QBA =60°,即∠PBQ =60°,∴△PBQ 为等边三角形,∴PB =PQ ,则PA +PB +PC =DQ +PQ +PC =CD =AE ,;在Rt △ACE 中,∵AC =6、CE =8,∴AE =CD =10,故点P 到三个顶点的距离之和的最小值为10.方法二:如图3,由(2)知,当∠APB =∠APC =∠BPC =120°时,AP +BP +PC 的值最小,把△CPB 绕点C 逆时针旋转60°得△CP ′B ′,由(2)知A 、P 、P ′、B ′共线,且AP +BP +PC =AB ′,∠PCB =∠P ′CB ,∴∠PCB +∠PCA =∠P ′CB +∠PCA =30°,∴∠ACB ′=90°,∴AB ′=AC +B ′C =AC +BC =1013.解:(1)∵点A 为线段BC 外一动点,且BC =a ,AB =b ,∴当点A 位于CB 的延长线上时,线段AC 的长取得最大值,且最大值为BC +AB =a +b , !故答案为:CB 的延长线上,a +b ;(2)①CD =BE , 理由:∵△ABD 与△ACE 是等边三角形,∴AD =AB ,AC =AE ,∠BAD =∠CAE =60°, ∴∠BAD +∠BAC =∠CAE +∠BAC ,即∠CAD =∠EAB ,在△CAD 与△EAB 中,⎩⎪⎨⎪⎧AD =AB∠CAD =∠EAB AC =AE,∴△CAD ≌△EAB (SAS ),∴CD =BE ; ②∵线段BE 长的最大值=线段CD 的最大值,∴由(1)知,当线段CD 的长取得最大值时,点D 在CB 的延长线上,∴最大值为BD +BC =AB +BC =3+6=9;[(3)如图1,连接BM ,∵将△APM 绕着点P 顺时针旋转90°得到△PBN ,连接AN ,则△APN 是等腰直角三角形, ∴PN =PA =2,BN =AM ,∵A 的坐标为(2,0),点B 的坐标为(5,0),∴OA =2,OB =5, ∴AB =3,∴线段AM 长的最大值=线段BN 长的最大值,∴当N 在线段BA 的延长线时,线段BN 取得最大值,最大值=AB +AN ,∵AN =2AP =2 2,∴最大值为2 2+3;如图2,过P 作PE ⊥x 轴于E ,∵△APN 是等腰直角三角形,∴PE =AE =2,∴OE =BO -AB -AE =5-3- 2=2- 2,{{}}∴P (2- 2, 2).(4)如图4中,以BC 为边作等边三角形△BCM ,∵∠ABD =∠CBM =60°,∴∠ABC =∠DBM ,∵AB =DB ,BC =BM ,∴△ABC ≌△DBM ,∴AC =MD ,∴欲求AC 的最大值,只要求出DM 的最大值即可,∵BC =4 2=定值,∠BDC =90°,∴点D 在以BC 为直径的⊙O 上运动,由图象可知,当点D 在BC 上方,DM ⊥BC 时,DM 的值最大,最大值=2 2+2 6,∴AC 的最大值为2 2+2 6. 14.解:(1)∵y=a (x +3)(x -1),∴点A 的坐标为(-3,0)、点B 两的坐标为(1,0),∵直线y =- 3x +b 经过点A ,∴b =-3 3,∴y =- 3x -3 3,当x =2时,y =-5 3, 则点D 的坐标为(2,-5 3),∵点D 在抛物线上,∴a (2+3)(2-1)=-5 3,解得,a =- 3,则抛物线的解析式为y =- 3(x +3)(x -1)=- 3x -2 3x +3 3;(2)如图1中,作PH ⊥x 轴于H ,设点 P 坐标(m ,n ),当△BPA ∽△ABC 时,∠BAC =∠PBA ,∴tan ∠BAC =tan ∠PBA ,即OC OA =PH HB ,∴-3a 3=-n -m +1,即n =-a (m -1),∴ ⎩⎨⎧n =-a (m -1)n =a (m +3)(m -1)解得m =-4或1(舍弃), 当m =-4时,n =5a ,∵△BPA ∽△ABC ,∴AC AB =AB PB ,∴AB =AC ﹒PB ,∴4=9a +9﹒ 25a +25,解得a =- 1515或 (gh (15))/(15)(舍弃),则n =5a =- 153,∴点P 坐标⎝ ⎛⎭⎪⎫-4,- 153. 当△PBA ∽△ABC 时,∠CBA =∠PBA ,∴tan ∠CBA =tan ∠PBA ,即OC OB =PH HB ,∴-3a 1=-n -m +1,∴n =-3a (m -1),∴ ⎩⎨⎧n =-3a (m -1)n =a (m +3)(m -1),解得m =-6或1(舍弃), 当m =-6时,n =21a ,∵△PBA ∽△ABC ,∴BC BA =AB PB ,即AB =BC ﹒PB ,∴4=1+9a ﹒ 7+(-21a ),解得a =- 77或(77 不合题意舍弃),则点P 坐标(-6,-37), 综上所述,符合条件的点P 的坐标⎝ ⎛⎭⎪⎫-4,- 153和(-6,-3 7). (3)如图2中,作DM ∥x 轴交抛物线于M ,作DN ⊥x 轴于N ,作EF ⊥DM 于F ,则tan ∠DAN =DN AN =5 35=3,∴∠DAN =60°,∴∠EDF =60°,∴DE =EF sin ∠EDF =2 33EF ,∴Q 的运动时间t =BE 1+ DE 2 33=BE +EF , ∴当BE 和EF 共线时,t 最小,则BE ⊥DM ,此时点E 坐标(1,-4 3).。