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初中数学几何探究之三角形面积最值问题

思锐数学 435

前言:

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在中考数学试卷中,几何综合探究最值问题往往作为压轴题出现,有一定的综合性和难度,但其解题思路和方法都是相对固定的,掌握其解题思路和方法就可以帮助我们快速找到解题思路和方法,将题目顺利解答。

在几何综合探究题中,有关线段最值及面积最值问题出现得比较多,现就以一道中考数学模拟题的几何综合探究题为例,来分析和讨论此类问题的解题思路、方法和要点。

先来看下题目:

题目分析:

这是一道几何综合探究题,一共包含三问,难度依次递增,尤其是第三问,需要建立数学模型,来解决实际问题。

先来看看第一问:

已知定线段BC=5,动点在定线段BC的上方,且满足点A到点B的距离是4,求△ABC的面积的最大值。

在三角形ABC中,BC为定线段,且长度为5,点A为定点,但到点B的距离为4,那么可以作出点A的运动轨迹,即点A在以点B为圆心,4为半径的圆周上移动。如图所示:

随着点A的运动,三角形ABC的形状和大小都在发生改变,但BC边保持不变,求三角形ABC面积的最大值,以BC为边,只需要求出BC边上高的最大值即可,也就是点A到BC的距离的最大值即可。

那么当点A运动到何处时,点A到BC的距离最大呢?从上图不难发现,当AB⊥BC于点B时,BC边上的高,也就是点A到BC的距离最大,等于AB的长度.则高的最大值为4,那么三角形ABC面积的最大值就是10.

第一问比较基础,几何图形分析即可得出答案。

再来看看第二问:

已知圆的一条弦及其长度,并且知道其所对的弧所对的圆心度数为60度,看到这组条件,立即能想到,标准的定角定弦问题。

在弦AC上存在一点D,满足BD=CD,结合∠ACB=60°,可知三角形BCD为等边三角形。

问题是求△ABD周长的最大值,现在AB边的长度已知,那么只需要求出AD+BD的最大值即可,题目中已知BD=CD,AD+BD的最大值就是AD+CD的最大值,也就是AC的最大值。

那么AC的最大值是多少呢?点C是一个动点,在圆上移动

我们知道,圆中最长的弦是直径。因此当AC为直径时,长度最大,此时△ABD的周长最大。

如图,当点C运动到C′时,AC最大,接下来求AC′ 的长度,也就是圆的直径即可。

根据题意可得,∠AC′B等于60°,∠ABC等于90°,这是一个特殊的直角三角形,根据三边关系,可以求出C′B等于4.C′A等于8.

所以三角形ABD周长的最大值为8+4倍的根号3.

第二问的关键是将AD+BD进行转化,然后再利用圆中最长的弦为直径,化折为直,进行分析和计算即可。

最后来看看第三问:

这种题目,第三问在分析和解答时,必然与前两问有着联系,其方法和思路有着共通的部分,因此在分析和解答第三问时,如果暂时没有思路,可以回头去看看第一问和第二问,参照其解题方法、辅助线方法及其转化方法,也许就能知道思路和突破口了。

简单分析第三问的条件,有一块四边形的土地ABCD,已知AB=BC=100,且AB和EG都垂直于BE,那么可得四边形ABCD为直角梯形,先分析到这一步。

这个题的关键在动点F,要求满足的条件很多,首先是两块水稻的种植面积要相等,这是这一问的第一个关键点。

两块水稻的种植面积要相等,也就是△ABC和四边形CGEF的面积要相等,在这这一步需要转化,转化到△ABF和△GBE中,这两三角形面积相等。

都为直角三角形,且一组直角边AB=BE,说明另一组直角边BF=GE,也就说明了,这两个三角形是全等的。

得到△ABF和△BEG全等之后,经过角的转化可以得到∠ACB=90°,即三角形ABC为直角三角形。

再看下一个要求,要满足△ABC的面积最大,且AC+BC尽可能长,这两个条件要同时满足。

先思考点C在何处时,能保证三角形面积最大:

刚才已经分析得到三角形ABC为直角三角形,且AB=100。

做△ABC的外接圆,如下图所示,以AB的中点为圆心,以AB长度一半为半径画圆,如下图中紫色的圆。

点C在紫色的圆上移动。

AB边上的高最大时,也就是点C到边AB的距离最大,三角形ABC的面积最大,这个问题在第一问已经解决过。

根据已知条件可得,当三角形ABC为等腰直角三角形时,点C运动到最高点,也就是图中的C′的位置时,距离AB的距离最大,此时△ABC边上的高最大,三角形面积最大。

经过计算可得,△ABC面积的最大值为2500.

再来思考AC+BC尽可能长这个要求:

求两线段长度之和的最大值,一般的思路是化折为直

也就是该如何将AC+BC转化到同一条线上呢?

那么可以AC的延长线上取一点B′,满足CB=CB′.

所以AC+BC=AC+CB′=AB′.

也就是需要求AB′的最大值。

我们发现:在三角形AB′B中,∠AB′B=45°,且AB=100,这又是标准的定角定弦模型,可以确定B′的运动轨迹。

做△AB′B的外接圆,则点B′在圆周上运动,如图中蓝色的圆。

经过分析发现当AB′ 为△AB′B外接圆的直径时,AB′最大,也就是点B′移动到图中H的位置。

经过计算,可得AH=100倍的根号2.

最后再来分析,面积最大和AC+BC最大能同时满足吗?

如图所示,当点C运动到三角形△AB′B的外接圆的圆心O时,即可保证AC+BC最大,也可以保证△ABC的面积最大。

欢迎大家一起讨论、交流和学习。

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