中考数学求最值模型总结

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“胡不归模型”是中学数学,特别是中考中一个经典的几何最值问题模型。它通常用于解决形如  “PA + k·PB (0 < k < 1)”  这类线段加权和最小值的问题

为了帮你快速理解,我用下面的表格总结其核心特征:

特征项具体描述
模型本质解决加权线段和最短的几何最值问题
问题起源源自一个年轻人因路径选择失误未能及时回家的古老传说
核心条件两定点、一动点,且动点在一条直线上运动
典型形式求 PA + k·PB 的最小值,其中k是一个大于0小于1的系数

📜 模型起源:一个关于选择的传说

传说一个年轻人得知父亲病危,从A地出发直线穿越砂石地赶往B地的家中。但由于砂石地行走速度远慢于驿道,他虽然走了最短的直线路径,却没能见上父亲最后一面

这个传说引出的数学思考是:时间 = 路程 ÷ 速度。如果能在较快的驿道(AC)上多走一段,再折向目的地(B),虽然总路程变长,但总时间可能更短。问题由此转化为:如何在直线AC上找到一点D,使得总时间 (AD/v₂ + DB/v₁) 最小(v₂>v₁)

🔍 核心思路:化“折”为“直”

解决“胡不归”模型的核心思想是构造转换,将系数k·PB转化为一条新的线段,从而将“折线”问题转化为“点到直线垂线段最短”的问题。关键步骤如下:

  1. 构造特殊角:在系数不为1的线段(如PB)的定点(B)处,向动点(P)所在直线的另一侧,构造一个锐角(如∠α),使得 sinα = k
  2. 作垂线转化:过动点P向构造角的另一边作垂线(如PD)。根据正弦定义,在直角三角形中,PD = PB · sinα = k·PB。这样,PA + k·PB 就转化为了 PA + PD
  3. 利用垂线段最短:当A、P、D三点共线,且该连线垂直于构造角的另一边时,PA+PD(即PA+k·PB)的值最小,这个最小值就是点A到该边的垂线段长度

📐 主要应用场景

这个模型在中考中常作为压轴题出现,主要考查形式包括

  • 与特殊四边形、三角形结合的纯几何问题。
  • 的背景中,求某线段加权和的最值。
  • 平面直角坐标系中,与抛物线(二次函数)  综合,求满足条件的点坐标或线段和最值

🔗 了解相关模型

在几何最值问题家族中,除了“胡不归”,还有几个常见的兄弟模型:

  • 将军饮马模型:解决不含系数的两线段和最短问题,核心是利用轴对称将两点转化到直线同侧
  • 阿氏圆模型:解决形如  “PA + k·PB”  的最值问题,但系数k>0,且动点P在一个上运动
  • 费马点模型:解决寻找一点,使其到三角形三个顶点距离之和最小的问题

总结来说,“胡不归模型”是一个有深厚文化背景、解题思路巧妙的几何工具。掌握它关键在于理解其“系数转化、垂线段最短”的核心思想。

阿氏圆

阿氏圆最值模型解题方法:

①计算PA+k·PB的最小值时,利用两边成比例且夹角相等,构造母子型相似三角形;
②两个三角形的相似比等于k;
③根据相似比,找出一条线段替换k·PB,转化成三点共线求最小值。

【例题】

在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=4,BC=3,以点C为圆心,2为半径作圆C,交AC、BC于D、E两点,点P是圆C上一个动点,则1/2PA+PB的最小值为___ 。

image.png

分析:解这道题的关键在于转化1/2PA,这里P的轨迹是圆,半径为2,CA=4,连接CP,构造含有线段AP的△CPA 。

再取DC的中点F,连接PF。

image.png

可得:CF=1,CF : CP = CP : CA = 1 :2,∠PCF是公共角;所以,

PCFPAC\triangle PCF \sim \triangle PAC

PFPA\frac{ PF }{PA} = PCCA\frac{PC}{CA} = CFPC\frac{CF}{PC} = 12\frac{1}{2}

因此,这道题目就转化为求PF+PB的最小值。

显然,当点P、F、B三点共线的时候,PF+PB取得最小值,即为线段BF的长。

image.png

在直角三角形BCF中,BC=3, CF=1,根据勾股定理得:

BF = 32+12\sqrt{3^2 + 1^2} = 10\sqrt{10}

1/2PA+PB的最小值为10\sqrt{10}

费马点