中考數學“費馬點”問題,王者再度歸來

什麼是費馬點

費馬問題是十七世紀法國數學家、被譽為業餘數學家之王的皮埃爾·德·費馬提出的一個著名的幾何問題。在一個三角形所在平面,找到一點,到三角形三個頂點的距離之和最小。費馬成功的找到了這樣的點,即“費馬點”。

費馬點在最新教材中已不再提及,數學老師通常在課堂上作為拓展知識來講解,但正是由於是拓展知識,很多學生不會太重視,甚至當初耳邊風。10年前的中考題裡,考察這一知識點的情況比較常見。近年來,為了給學生減負,費馬點問題不再作為考試大綱的考點。但是,有時候還是會以探索類的題型出現,就是換著花樣來考。因此,為了在殘酷的競爭中取得優勢,我們仍然要把它作為一個重要的知識點加以掌握。

費馬點的兩種情況

1、 如果三角形的三個內角均小於120度,費馬點是對各邊的張角都是120度的點。

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費馬點

可以看出,

費馬點

P

就是以三角形三邊為邊長向外做的

3

個等邊三角形的外頂點和

ABC

三點連線的交點

2、如果有一個角大於或等於120度的三角形,費馬點就是這個鈍角的頂點。

費馬點的證明

1、三個內角均小於120°的情形

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費馬點模型一證明

2、有一個內角均大於或等於120°的情形

中考數學“費馬點”問題,王者再度歸來

費馬點模型二證明

可以看出兩種情況下的費馬點證明都是依據旋轉思想,構造三角形全等,然後將三條線段之和轉化到是否在一條直線上來決定最小值。這個思路一定要掌握,因為它會應用在實際的考試題目中。

中考真題

(2016年株洲中考)已知點P是ABC內一點,且它到三角形的三個定點距離之和最小,則P點叫ABC的費馬點(Fermat point)。已經證明:在三角內角均小於120 的ABC中,當∠APB=∠APC=∠BPC=120 時,P就是ABC的費馬點。若點P是腰長為 根號2的等腰直角DEF的費馬點,則PD+PE+PF=_______________。

此題沒有給出圖形,而且對費馬點原理做出了提示,所以題目貌似並不超出考試大綱的要求。但是,如果考生平時對費馬點知識掌握不牢固,要想快速解出該題答案也是有難度的。實際上該題只要能把圖做出來,找到費馬點在哪裡,基本上就離答案不遠了。

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2016年株洲中考費馬點題目

可以看出,只要知道費馬點的位置,問題就轉換成勾股定理的相關計算。此題對費馬點原理的提示算是比較清晰,有些考題可能就不這樣,它更多的以探究題的形式出現,難度就會增加很多,比如下面的武漢2019年中考題的一道選擇壓軸題。

(2019年武漢中考填空壓軸題)問題背景:如圖1,將ABC繞點A逆時針旋轉60 得到ADE,DE與BC交於P,可推出結論:PA+PC=PE。

問題解決:如圖2,在MNG中,MN=6,∠M=75 ,MG=4倍根號2。點O是MNG內一點,則點O到MNG三個頂點的距離和的最小值是________________。

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2019年武漢中考費馬點題

此題沒有提到費馬點,但它的確是一道費馬點知識的問題。如果你平時不熟悉費馬點,可能都意識不到問題背景給你的提示有什麼用。而且,此題的問題背景,P點並不在三角形內部,和費馬點的輔助線思路還是有一些區別,儘管他們都是旋轉60度的思路。反之,如果考生知道本題求O點到三角形三個頂點的最小值,就意味著O點是費馬點,這樣,按照費馬點的位置特點,就比較容易做出該題了。

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解題思路

因為∠GME=60度,而∠NMG=75度(已知),所以很自然的想到兩者加起來是135度,即∠NME=135度。這是一個非常特殊的角度,所以很容易想到∠EMF=45度。而MGE是等邊三角形,所以ME=MG,所以計算出EF=MF=4。所以NF=MN+MF=10,在NEF中,NF和FE都已經算出,由勾股定理即可算出NE等於2倍根號29。

由此題可以看出,如果知道了是費馬點問題,那麼難題就變成了容易題,否則可能無從下手直到最後放棄。

總結

中考是選拔性考試,總是要出一些稍微有難度的題目,把優秀的學生篩選出來,把他們送進高中的學堂。所以,現在的教材雖然剔除了一些看似比較難的知識點,但這並不代表這些知識點就不會出現在中考題中,它會以探究題、創新題等形式出現。所以這些知識點,我們仍然要引起重視,在平時的學習中加以總結,提煉,這樣才能在決定命運的考場上立於不敗之地。機會總是偏愛有準備的頭腦。

口訣:三條線段求最小,費馬思維莫相忘。

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