幾何應用問題是近幾年來中考的一大考點,它是把幾何知識與實際問題相結(jié)合的一類題型,一般有這樣幾類:(一)三角形在實際問題中的應用;(二)幾何設計問題;(三)折線運動問題;(四)幾何綜合應用問題。解決這類問題時,應結(jié)合實際問題的背景,抽象出幾何模型,利用幾何知識加以解決,然后再回到實際問題,進行檢驗、解釋、反思,解題時應特別注意數(shù)形結(jié)合、分類討論等數(shù)學思想。
一、三角形在實際問題中的應用
例1.某校把一塊形狀為直角三角形的廢地開辟為生物園,如圖所示,∠ACB=90,AC=80米,BC=60米。
(1)若入口E在邊AB上,且A,B等距離,求從入口E到出口C的最短路線的長;
(2)若線段CD是一條水渠,且D點在邊AB上,已知水渠的造價為10元/米,則D點在距A點多遠處時,此水渠的造價最低?最低造價是多少?
分析:本題是一道直角三角形的應用問題,解決此題首先要弄清等距離,最短路線,最低造價幾個概念。
1.E點在AB上且與AB等距離,說明E點是AB的中點,E點到C點的最短路線即為線段CE。
2.水渠DC越短造價越低,當DC垂直于AB時最短,此時造價最低。
本題考察了中點,點與點的距離,點與直線的距離,以及解直角三角形的知識。
解:(1)由題意知,從入口E到出口C的最短路線就是Rt△ABC斜邊上的中線CE。
在Rt△ABC中,AB= (米)。
∴CE= AB= ×100=50(米)。
即從入口E到出口C的最短路線的長為50米。
(3)當CD是Rt△ABC斜邊上的高時,CD最短,從而水渠的造價最低。
∵CD?AB=AC?BC,∴CD= 米)。
∴AD= =64(米)。所以,D點在距A點64米的地方,水渠的造價最低,其最低造價為48 10=480元。
例2.一塊直角三角形木板的一條直角邊AB長為1.5米,面積為1.5平方米,要把它加工成一個面積最大的正方形桌面,甲乙兩位同學的加工方法分別如圖1,圖2所示,請你用學過的知識說明哪位同學的加工方法符合要求。(加工損耗忽略不計,計算結(jié)果中的分數(shù)可保留)。
分析:本題是一道利用相似三角形性質(zhì)來解決的幾何應用問題?上仍O出正方形邊長,利用對應邊成比例,列方程求解邊長,邊長大則面積大。
解:由AB=1.5米,S△ABC=1.5平方米,得BC=2米.設甲加工的桌面邊長為x米,∵DE//AB,Rt△CDE∽Rt△CBA ,∴ ,即 ,解得 。如圖,過點B作Rt△ABC斜邊AC的高BH,交DE于P,并AC于H。由AB=1.5米,BC=2米, 平方米,C=2.5米,BH=1.2米。設乙加工的桌面邊長為y米,∵DE//AC,Rt△BDE∽Rt△BAC,∴ ,即 ,解得 。因為 ,即 , ,所以甲同學的加工方法符合要求。
二、幾何設計問題
例3.在一服裝廠里有大量形狀為等腰三角形的邊角布料(如圖),F(xiàn)找出其中的一種,測得∠C=90°,AB=BC=4,今要從這種三角形中剪出一種扇形,做成不同形狀的玩具,使扇形的邊緣半徑恰好都在△ABC的邊上,且扇形與△ABC的其他邊相切。請設計出所有可能符合題意的方案示意圖,并求出扇形的半徑(只要求畫出圖形,并直接寫出扇形半徑)。
分析:本題考察分類討論,切線的性質(zhì)以及作圖能力。本題的關(guān)鍵是找出圓心和半徑,分類時應考慮到所有情況,可以先考慮圓心的位置,在各邊上或在各頂點,然后排除相同情況。
解:可以設計如下四種方案:
例4.小明家有一塊三角形菜地,要種植面積相等的四種蔬菜,請你設計四種不同的分割方案(分成三角形或四邊形不限)。
分析:本題如從三角形面積方面考慮可以把其中一邊四等分,再分別與對角頂點連結(jié);也可從相似三角形性質(zhì)來考慮。
解:
三、折線運動問題
例5. 如圖,客輪沿折線A―B―C從A出發(fā)經(jīng)B再到C勻速航行,貨輪從AC的中點D出發(fā)沿直線勻速航行,將一批物品送達客輪.兩船同時起航,并同時到達折線A―B―C上的某點E處.已知AB=BC=200海里,∠ABC=90°,客輪速度是貨輪速度的2倍.
(1) 選擇:兩船相遇之處E點在 ( ).
(A)線段AB上 (B)線段BC上 (C)可以在線段AB上,也可以在線段BC上
(2) 求貨輪從出發(fā)到兩船相遇共航行了多少海里?(結(jié)果保留根號)
分析:本題是一道折線運動問題,考察合情推理能力和幾何運算能力,首先要對兩船同時到達的E點作一個合理判斷,E點不可能在AB上,因為當E點在AB上時,DE的最短距離為D到AB中點的距離,而此時AB=2DE,當E不是中點時,AB<2DE,所以E點不可能在AB上。然后利用代數(shù)方法列方程求解DE
解:(1)B
(2)設貨輪從出發(fā)到兩船相遇共航行了x海里.
過D作DF⊥CB,垂足為F,連結(jié)DE.則DE=x,AB+ BE=2x.
∵在等腰直角三角形ABC中,AB=BC=200,D是AC中點,
∴DF=100,EF=300-2x.
在Rt△DEF中,DE 2=DF 2 +EF 2,
∴x 2=100 2+(300-2x) 2
解之,得 .
∵ >200,
∴DE= .
答:貨輪從出發(fā)到兩船相遇共航行了 海里.
四、綜合類幾何應用
例6 .如圖1,公路MN和公路PQ在點P處交匯,且∠QPN=30 ,點A處有一所中學,AP=160米。假設拖拉機行駛時,周圍100米以內(nèi)會受到噪聲的影響,那么拖拉機在公路MN上沿PN方向行駛時,學校是否會受到噪聲影響?請說明理由;如果受影響,已知拖拉機的速度為18千米/時,那么學校受影響的時間為多少秒?
分析:本題是一道關(guān)于解直角三角形和圓的幾何綜合應用問題
要判斷是否受到噪聲的影響,只需求出A點到直線MN
的距離AB,當此AB≤100米時就要受到噪聲影響;第二
個問題只需要噪聲影響路段的長度,就能求出受影響的時間。
解:過點A作AB⊥MN,垂足為B
在Rt△ABP中:∠APB=∠QPN=30°
AP=160米
則AB= AP=80米,所以
學校會受到噪聲影響。
以A為圓心,100米為半徑作?A,交MN于C、D兩點,在Rt△ABC中:AC=100米,AB=80米
則:BC= (米)
∴CD=2BC=120(米);∵18千米/小時=5米/秒
∴受影響時間為:120米÷5米/秒=24(秒)
例7. 馬戲團演出場地的外圍圍墻是用若干塊長為5米、寬2.5米的長方形帆布縫制成的,兩塊帆布縫合的公共部分是0.1米,圍成的圍墻高2.5米(如下圖)
(1) 若先用6塊帆布縫制成寬為2.5米的條形,求其長度;
(2) 若用x塊帆布縫制成密封的圓形圍墻,求圓形場地的周長y與所用帆布的塊數(shù)x之間的函數(shù)關(guān)系式;
(3) 要使圍成的圓形場地的半徑為10米,至少需要買幾塊這樣的帆布縫制圍墻?
分析:本題的關(guān)鍵是弄清縫制成條形和縫制成密封的圓形后有幾塊公共部分。
解:(1)6塊帆布縫制成條形后,有5塊公共部分,所以6塊縫制后的總長度為6×5-5×0.1=29.5(米)
(2)x塊帆布縫制成密封的圓形圍墻后有x塊公共部分,設圓形圍墻的周長為米,則y=5x-0.1x=4.9x,所以y=4.9x
(3)要圍成半徑為10米的圓形場地,則2π×10=4.9x
(塊)
要到商店買這樣的帆布13塊。
解幾何應用問題要求我們必須具備扎實的幾何基礎知識,較強的閱讀理解能力,以及對數(shù)學思想方法的掌握,只要我們有針對性地復習,就一定能掌握好幾何應用問題的解決方法。
練習:
1、 在生活中需測量一些球(如足球、籃球…)的直徑。某校研究性學習小組,通過實驗發(fā)現(xiàn)下面的測量方法:如圖8,將球放在水平的桌面上,在陽光的斜射下,得到球的影子AB,設光線DA、CB分別與球相切于點E、F,則EF即為球的直徑。若測得AB的長為40 cm,∠ABC=30°。請你計算出球的直徑(精確到1 cm)。
2、 如圖;某人在公路上由A到B向東行走,在A處測得公路旁的建筑物C在北偏東
60°方向。到達B處后,又測得建筑物C在北偏東45°方向。繼續(xù)前進,若此人在行走過程中離建筑物C的最近距離是(25 +25)米,求AB之間的距離。
3、 操作:將一把三角尺放在邊長為1的正方形ABCD上,并使它的直角頂點P在對角線AC上滑動,直角的一邊始終經(jīng)過點B,另一邊與射線DC相交于點Q。
探究:設A,P兩點間的距離為x。
(1)當點Q在邊CD上時,線段PQ與線段PB有怎樣的大小關(guān)系?試證明你觀察得到的結(jié)論;
(2)當點Q在邊CD上時,設四邊形PBCQ的面積為y,求y與x之間的函數(shù)關(guān)系式,并寫出函數(shù)的定義域;
(3)當點P在線段AC上滑動時,△PCQ是否可能成為等腰三角形?如果可能,指出所有能使△PCQ成為等腰三角形的點Q的位置,并求出相應的x的值;如果不可能,試說明理由。(圖1,圖2,圖3的形狀,大小相同,圖1供操作實驗用,圖2和圖3備用)
A D A D A D
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