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专项44定角定高
1.定角定高模型呈现:有一类问题满足这样的条件特征:如下图,直线BC外一点A,A到直线BC距离为定值(定高),∠BAC为定角。则AD有最小值。又因为,像探照灯一样所以也叫探照灯模型。
【典例1】辅助圆之定角定高求解探究
(1)如图①,已知线段AB,以AB为斜边,在图中画出一个直角三角形;
(2)如图②,在△ABC中,∠ACB=60°,CD为AB边上的高,若CD=4,试判断AB是否存在最小值,若存在,请求出AB最小值;若不存在,请说明理由;
(3)如图③,某园林单位要设计把四边形花园划分为几个区域种植不同花草,在四边形ABCD中,∠A=45°,∠B=∠D=90°,CB=CD=6,点E、F分别为AB、AD上的点,若保持CE⊥CF,那么四边形AECF的面积是否存在最大值,若存在,请求出面积的最大值,若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)如图①中,△ABC即为所求.
(2)如图②中,作△ABC的外接圆⊙O,连接OA,OB,OC,作OE⊥AB于E.设OA=OC=2x.
∵∠AOB=2∠ACB=120°,OA=OB,OE⊥AB,
∴AE=EB,∠AOE=∠BOE=60°,
∴OE=OA=x,AE=x,
∵OC+OE≥CD,
∴3x≥4,
∴x≥,
∴x的最小值为,
∵AB=2x,
∴AB的最小值为.
(3)如图③中,连接AC,延长BC交AD的延长线于G,将△CDF顺时针旋转得到△CBH,作△CEH的外接圆⊙O.
∵∠ADC=∠ABC=90°,AC=AC,CD=CB,
∴Rt△ACD≌Rt△ACB(HL),
∴S△ACD=S△ACB,
∵∠DAB=45°,
∴∠DCB=135°,
∴∠DCG=45°,
∵∠CDG=90°,
∴CD=DG=6,
∴CG=CD=12,
∴AB=GB=12+6,
由(2)可知,当△CEH的外接圆的圆心O在线段BC上时,△ECH的面积最小,此时四边形AFCE的面积最大,
设OC=OE=r,易知OB=EB=r,
∴r+r=6,
∴r=6(2﹣),
∴EH=r=12(2﹣),
∴四边形AFCE的面积的最大值=2××(12+6)×6﹣×12(2﹣)×6=144.
【变式1-1】如图,在△ABC中,∠BAC=60°,AD⊥BC于点D,且AD=4,则△ABC面积的最小值为.
【答案】
【解答】解:作△ABC的外接圆⊙O,连接OA,OB,OC,过点O作OE⊥BC于点E,
∵∠BAC=60°,
∴∠BOC=120°,
∵OB=OC,
∴∠OBC=∠OCB=30°,
设⊙O的半径为r,则OE=OB=r,BE=OB=r,
∴BC=r,
∵OA+OE≥AD,
∴r+r≥4,
解得:r≥,
∴BC≥,
∴,
∴△ABC的面积的最小值为,
故答案为:.
【变式1-2】如图,在△ABC中,∠BAC=90°,BC边上的高AD=6,则△ABC周长的最小值为.
【答案】12+12
【解答】解:如图,延长CB到E,使得BE=BA,延长BC到F,使得CD=CA,连接AE,AF,作△AEF的外接圆⊙O,连接OE,OF,过点O作OJ⊥EF于点J,交⊙O于点T.
∵BA=BE,CA=CF,
∴∠BAE=∠BEA,∠CAF=∠CAF,
∵∠ABC=∠BAE+∠BEA,∠ACB=∠CAF+∠CFA,
∴∠AEF+∠AFE=(∠ABC+∠ACB)=45°,
∴∠EAF=135°,
∴∠EOF=90°,
∵OJ⊥EF,
∴EJ=JF,
∴OJ=EF,
设OE=OF=r,则EF=r,OJ=r,
∵AB+BC+AC=EB+BC+CF=EF,
∴EF最小时,△ABC的周长最小,
∵AD⊥BC,
∴AD+OJ≤OT,
∴6+r≤r,
∴r≥12+6,
∴EF≥12+12,
∴AB+BC+AC≥12+12,
∴△ABC的周长的最小值为12+12,
故答案为:12+12.
【变式1-3】如图,正方形ABCD的边长为6,点E,F分别是CD,BC边上的点,且∠EAF=45°,则△AEF面积的最小值为.
【答案】36﹣36
【解答】解:如图,将△ADE绕点A顺时针旋转90°得到△ABH,
由旋转的性质得,AH=AE,∠BAH=∠DAE,
∵∠EAF=45°,∠BAD=90°,
∴∠BAF+∠DAE=∠BAH+∠BAF=45°,
∴∠FAH=∠EAF=45°,
在△AEF和△AHF中,
,
∴△AEF≌△AHF(SAS),
∴FH=EF,
∴S△AEF=S△AFH,
设DE=x,BF=y,则BH=DE=x,EF=BF+BH=x+y,CE=6﹣x,CF=6﹣y,
在Rt△EFC中,EC2+CF2=EF2,
∴(6﹣x)2+(6﹣y)2=(x+y)2,
化简得:y==﹣6+,
∴S△AEF=S△AFH=FH?AB=×6(x+
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