專題13 二次函數(shù)-費(fèi)馬點(diǎn)求最小值（解析版）

第十三講二次函數(shù)--費(fèi)馬點(diǎn)最值

知識(shí)導(dǎo)航

必備知識(shí)點(diǎn)

費(fèi)馬點(diǎn)：三角形內(nèi)的點(diǎn)到三個(gè)頂點(diǎn)距離之和最小的點(diǎn)

【結(jié)論】

如圖，點(diǎn)M為銳角△ABC內(nèi)任意一點(diǎn)，連接AM、BM、CM，當(dāng)M與三個(gè)頂點(diǎn)連線的夾角為120°

時(shí)，MA+MB+MC的值最小

【證明】以AB為一邊向外作等邊三角形△ABE，將BM繞點(diǎn)B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到BN，連接EN．

∵△ABE為等邊三角形，

∴AB＝BE，∠ABE＝60°．

而∠MBN＝60°，

∴∠ABM＝∠EBN．

在△AMB與△ENB中，

∵，

∴△AMB≌△ENB（SAS）．

連接MN．由△AMB≌△ENB知，AM＝EN．

∵∠MBN＝60°，BM＝BN，

∴△BMN為等邊三角形．

∴BM＝MN．

∴AM+BM+CM＝EN+MN+CM．

第1頁(yè)共20頁(yè).

∴當(dāng)E、N、M、C四點(diǎn)共線時(shí)，AM+BM+CM的值最?。?/p>

此時(shí)，∠BMC＝180°﹣∠NMB＝120°；

∠AMB＝∠ENB＝180°﹣∠BNM＝120°；

∠AMC＝360°﹣∠BMC﹣∠AMB＝120°．

分別以△ABC的AB、AC為一邊向外作等邊△ABE和等邊△ACF，連接CE、BF，設(shè)交點(diǎn)為M，則點(diǎn)

M即為△ABC的費(fèi)馬點(diǎn)。

第2頁(yè)共20頁(yè).

點(diǎn)P為銳角△ABC內(nèi)任意一點(diǎn)，連接AP、BP、CP，求xAP+yBP+zCP最小值

解決辦法：

第一步，選定固定不變線段；

第二步，對(duì)剩余線段進(jìn)行縮小或者放大。

xz

如：保持BP不變，xAP+yBP+zCP=y(APBPCP)，如圖所示，B、P、P2、A2四點(diǎn)共線時(shí)，取

yy

得最小值。

例：點(diǎn)P為銳角△ABC內(nèi)任意一點(diǎn)，∠ACB=30°，BC=6，AC=5，連接AP、BP、CP，求3AP+4BP+5CP

的最小值

【分析】將△APC繞C點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)90°到△A1P1C，過P2作P1A1的平行線，交CA1于點(diǎn)A2，且滿足A2P2：

P1A1=3：4.

在Rt△PCP2中，設(shè)PC=a，由△CA2P2∽△CA1P1得CP2=3a/4，則PP2=5a/4。

35

∴3AP+4BP+5CP=4(APBPCP)

44

∴B、P、P2、A2四點(diǎn)共線時(shí)，取得最小值。接觸BA2長(zhǎng)度即可。

第3頁(yè)共20頁(yè).

方法點(diǎn)撥

一、題型特征：PA+PB+PC（P為動(dòng)點(diǎn)）

①一動(dòng)點(diǎn)，三定點(diǎn)

②以三角形的三邊向外作等邊三角形的，再分別將所作等邊三角形最外的

頂點(diǎn)與已知三角形且與所作等邊三角形相對(duì)的頂點(diǎn)相連，連線的交點(diǎn)即為

費(fèi)馬點(diǎn)。

③同時(shí)線段前可以有不為1的系數(shù)出現(xiàn)，即：加權(quán)費(fèi)馬點(diǎn)

二、模型本質(zhì)：兩點(diǎn)之間，線段最短。

例題演練

1．在平面直角坐標(biāo)系中，二次函數(shù)y＝ax2+bx﹣8的圖象與x軸交于A、B兩點(diǎn)，與y軸交于點(diǎn)C，

直線y＝kx+（k≠0）經(jīng)過點(diǎn)A，與拋物線交于另一點(diǎn)R，已知OC＝2OA，OB＝3OA．

（1）求拋物線與直線的解析式；

（2）如圖1，若點(diǎn)P是x軸下方拋物線上一點(diǎn)，過點(diǎn)P做PH⊥AR于點(diǎn)H，過點(diǎn)P做PQ∥x軸

交拋物線于點(diǎn)Q，過點(diǎn)P做PH′⊥x軸于點(diǎn)H′，K為直線PH′上一點(diǎn)，且PK＝2PQ，點(diǎn)

I為第四象限內(nèi)一點(diǎn)，且在直線PQ上方，連接IP、IQ、IK，記l＝PQ，m＝IP+IQ+IK，

當(dāng)l取得最大值時(shí)，求出點(diǎn)P的坐標(biāo)，并求出此時(shí)m的最小值．

（3）如圖2，將點(diǎn)A沿直線AR方向平移13個(gè)長(zhǎng)度單位到點(diǎn)M，過點(diǎn)M做MN⊥x軸，交拋物

線于點(diǎn)N，動(dòng)點(diǎn)D為x軸上一點(diǎn)，連接MD、DN，再將△MDN沿直線MD翻折為△MDN′（點(diǎn)

M、N、D、N′在同一平面內(nèi)），連接AN、AN′、NN′，當(dāng)△ANN′為等腰三角形時(shí)，請(qǐng)直接

寫出點(diǎn)D的坐標(biāo)．

第4頁(yè)共20頁(yè).

【解答】解（1）∵y＝ax2+bx﹣8與y軸的交點(diǎn)為C，令x＝0，y＝﹣8

∴點(diǎn)C（0，﹣8）

∴OC＝8

∵OC＝2OA，OB＝3OA

∴OA＝4，OB＝12

∴A（﹣4，0）B（12，0）

將點(diǎn)A代入直線解析式可得0＝﹣4k+

解得k＝

∴y＝x+

將點(diǎn)A和點(diǎn)B代入拋物線中

解得a＝，b＝﹣

∴y＝x2﹣x﹣8

（2）設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為（p，p2﹣p﹣8）

﹣＝4

∴拋物線的對(duì)稱軸為直線x＝4

∴點(diǎn)Q（8﹣p，）

∴PQ＝2p﹣8

∵PK＝2PQ

第5頁(yè)共20頁(yè).

∴PK＝4p﹣16

如圖1所示，延長(zhǎng)PK交直線AR于點(diǎn)M，則M（p，）

∴PM＝﹣（）＝

∵∠PHM＝∠MH′A，∠HMP＝∠AMH′

∴∠HPM＝∠MAH′

∵直線解析式為y＝，令x＝0，y＝．

∴OE＝

∵OA＝4

根據(jù)勾股定理得∴AE＝

∴cos∠EAO＝＝

∴cos∠HPM＝＝＝

∴PH＝

∵I＝PH﹣PQ

∴I＝（）﹣（2p﹣8）＝﹣（p﹣5）2+85

第6頁(yè)共20頁(yè).

∴當(dāng)p＝5時(shí)，I取最大值此時(shí)點(diǎn)P（5，）

∴PQ＝2，PK＝

如圖2所示，連接QK，以PQ為邊向下做等邊三角形PQD，連接KD，在KD取I，

使∠PID＝60°，以PI為邊做等邊三角形IPF，連接IQ

∵IP＝PF，PQ＝PD，∠IPQ＝∠FPD

∴△IPQ≌△FPD

∴DF＝IQ

∴IP+IQ+IK＝IF+FD+IK＝DK，此時(shí)m最小

過點(diǎn)D作DN垂直于KP

∵∠KPD＝∠KPQ+∠QPD＝150°

∴∠PDN＝30°

∵DP＝PQ＝2

∴DN＝1，根據(jù)勾股定理得PN＝

在△KDN中，KN＝5，DN＝1，根據(jù)勾股定理得KD＝2

∴m的最小值為2

（3）設(shè)NM與x軸交于點(diǎn)J

∵AM＝13，cos∠MAJ＝

∴AJ＝12，根據(jù)勾股定理得MJ＝5

∵OA＝4，∴OJ＝8

∴M（8，5）

第7頁(yè)共20頁(yè).

當(dāng)x＝8時(shí)，代入拋物線中，可得y＝﹣8

∴N（8，﹣8），MN＝13

在△AJN中，根據(jù)勾股定理得AN＝4

∵點(diǎn)D為x軸上的動(dòng)點(diǎn)，根據(jù)翻折，MN′＝13，所以點(diǎn)N′在以M為圓心，13個(gè)單位長(zhǎng)度為半

徑的圓上運(yùn)動(dòng)，如圖3所示

①當(dāng)N′落在AN的垂直平分線上時(shí)

tan∠MNA＝＝

∴tan∠MGJ＝，∵M(jìn)J＝5

∴JG＝，根據(jù)勾股定理得MG＝

∵M(jìn)D1為∠GMJ的角平分線

∴

∴D1J＝∴D1（，0）

∵M(jìn)D4也為角平分線

∴∠D1MD4＝90°

2

根據(jù)射影定理得MJ＝JD1?JD4

∴JD4＝

∴D4（，0）

第8頁(yè)共20頁(yè).

②當(dāng)AN＝AN′時(shí)

D2與點(diǎn)A重合

∴D2（﹣4，0）

∵M(jìn)D3為角平分線

∴

∴JD3＝

∴D3（，0）

綜上所述D1（，0），D2（﹣4，0），D3（，0），D4（，0）．

2．已知拋物線y＝﹣x2+bx+4的對(duì)稱軸為x＝1，與y交于點(diǎn)A，與x軸負(fù)半軸交于點(diǎn)C，作平行

四邊形ABOC并將此平行四邊形繞點(diǎn)O順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，得到平行四邊形A′B′O′C′．

（1）求拋物線的解析式和點(diǎn)A、C的坐標(biāo)；

（2）求平行四邊形ABOC和平行四邊形A′B′O′C′重疊部分△OC′D的周長(zhǎng)；

（3）若點(diǎn)P為△AOC內(nèi)一點(diǎn)，直接寫出PA+PC+PO的最小值（結(jié)果可以不化簡(jiǎn)）以及直線CP

的解析式．

【解答】解：（1）由已知得，x＝﹣＝1，則b＝1，拋物線的解析式為y＝﹣x2+x+4，

∴A（0，4），令y＝0，得﹣x2+x+4＝0，

∴x1＝﹣2，x2＝4．

（2）在ABCD中，∠OAB＝∠AOC＝90°，則AB∥CO，

∴OB＝?＝2，OC′＝OC＝2，

∴∠OC′D＝∠OCA＝∠B，∠C′OD＝∠BOA，

第9頁(yè)共20頁(yè).

∴△C′OD∽△BOA，

∴＝＝＝，

∵△AOB的周長(zhǎng)為6+2，

∴△C′OD的周長(zhǎng)為（6+2）×＝2+；

（3）此點(diǎn)位費(fèi)馬點(diǎn)，設(shè)三角形AOB的三邊為a，b，c，

∵OC＝2，OA＝4，AC＝＝2，

PA+PO+PC＝

＝2．

直線CP解析式為y＝（﹣1）x+2﹣2．

3．如圖，在平面直角坐標(biāo)系xOy中，點(diǎn)B的坐標(biāo)為（0，2），點(diǎn)D在x軸的正半軸上，∠ODB＝30°，

OE為△BOD的中線，過B、E兩點(diǎn)的拋物線與x軸相交于A、F兩點(diǎn)（A在F

的左側(cè)）．

（1）求拋物線的解析式；

（2）等邊△OMN的頂點(diǎn)M、N在線段AE上，求AE及AM的長(zhǎng)；

（3）點(diǎn)P為△ABO內(nèi)的一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，設(shè)m＝PA+PB+PO，請(qǐng)直接寫出m的最小值，以及m取得最

小值時(shí)，線段AP的

長(zhǎng)．

【解答】解：（1）過E作EG⊥OD于G（1分）

∵∠BOD＝∠EGD＝90°，∠D＝∠D，

∴△BOD∽△EGD，

∵點(diǎn)B（0，2），∠ODB＝30°，

第10頁(yè)共20頁(yè).

可得OB＝2，；

∵E為BD中點(diǎn)，

∴

∴EG＝1，

∴

∴點(diǎn)E的坐標(biāo)為（2分）

∵拋物線經(jīng)過B（0，2）、兩點(diǎn)，

∴，

可得；

∴拋物線的解析式為；（3分）

（2）∵拋物線與x軸相交于A、F，A在F的左側(cè)，

∴A點(diǎn)的坐標(biāo)為

∴，

∴在△AGE中，∠AGE＝90°，（4分）

過點(diǎn)O作OK⊥AE于K，

可得△AOK∽△AEG

∴

∴

∴

∴

∵△OMN是等邊三角形，

∴∠NMO＝60°

∴；

第11頁(yè)共20頁(yè).

∴，或；（6分）

（寫出一個(gè)給1分）

（3）如圖；

以AB為邊做等邊三角形AO′B，以O(shè)A為邊做等邊三角形AOB′；

易證OE＝OB＝2，∠OBE＝60°，則△OBE是等邊三角形；

連接OO′、BB′、AE，它們的交點(diǎn)即為m最小時(shí)，P點(diǎn)的位置（即費(fèi)馬點(diǎn)）；

∵OA＝OB′，∠B′OB＝∠AOE＝150°，OB＝OE，

∴△AOE≌△B′OB；

∴∠B′BO＝∠AEO；

∵∠BOP＝∠EOP′，而∠BOE＝60°，

∴∠POP'＝60°，

∴△POP′為等邊三角形，

∴OP＝PP′，

∴PA+PB+PO＝AP+OP′+P′E＝AE；

即m最?。紸E＝；

如圖；作正△OBE的外接圓Q，

根據(jù)費(fèi)馬點(diǎn)的性質(zhì)知∠BPO＝⊙120°，則∠PBO+∠BOP＝60°，而∠EBO＝∠EOB＝60°；

∴∠PBE+∠POE＝180°，∠BPO+∠BEO＝180°；

即B、P、O、E四點(diǎn)共圓；

易求得Q（，1），則H（，0）；

∴AH＝；

由割線定理得：AP?AE＝OA?AH，

即：AP＝OA?AH÷AE＝×÷＝．

故：m可以取到的最小值為

當(dāng)m取得最小值時(shí)，線段AP的長(zhǎng)為．

（如遇不同解法，請(qǐng)老師根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)酌情給分）

第12頁(yè)共20頁(yè).

4．如圖，拋物線y＝ax2+bx+過點(diǎn)A（1，0），B（5，0），與y軸相交于點(diǎn)C．

（1）求拋物線的解析式；

（2）定義：平面上的任一點(diǎn)到二次函數(shù)圖象上與它橫坐標(biāo)相同的點(diǎn)的距離，稱為點(diǎn)到二次函數(shù)

圖象的垂直距離．如：點(diǎn)O到二次函數(shù)圖象的垂直距離是線段OC的長(zhǎng)．已知點(diǎn)E為拋物線對(duì)稱

軸上的一點(diǎn)，且在x軸上方，點(diǎn)F為平面內(nèi)一點(diǎn)，當(dāng)以A，B，E，F(xiàn)為頂點(diǎn)的四邊形是邊長(zhǎng)為4

第13頁(yè)共20頁(yè).

的菱形時(shí)，請(qǐng)求出點(diǎn)F到二次函數(shù)圖象的垂直距離．

（3）在（2）中，當(dāng)點(diǎn)F到二次函數(shù)圖象的垂直距離最小時(shí)，在以A，B，E，F(xiàn)為頂點(diǎn)的菱形內(nèi)

部是否存在點(diǎn)Q，使得AQ，BQ，F(xiàn)Q之和最小，若存在，請(qǐng)求出最小值；若不存在，請(qǐng)說明理

由．

【解答】解：（1）∵拋物線y＝ax2+bx+過點(diǎn)A（1，0），B（5，0），

∴0＝a+b+

0＝25a+5b+

∴a＝，b＝﹣3

∴解析式y(tǒng)＝x2﹣3x+

（2）當(dāng)y＝0，則0＝x2﹣3x+

∴x1＝5，x2＝1

∴A（1，0），B（5，0）

∴對(duì)稱軸直線x＝3，頂點(diǎn)坐標(biāo)（3，﹣2），AB＝4

∵拋物線與y軸相交于點(diǎn)C．

∴C（0，）

第14頁(yè)共20頁(yè).

如圖1

①如AB為菱形的邊，則EF∥AB，EF＝AB＝4，且E的橫坐標(biāo)為3

∴F的橫坐標(biāo)為7或﹣1

∵AE＝AB＝4，AM＝2，EM⊥AB

∴EM＝2

∴F（7，2），或（﹣1，2）

∴當(dāng)x＝7，y＝×49﹣7×3+＝6

∴點(diǎn)F到二次函數(shù)圖象的垂直距離6﹣2

②如AB為對(duì)角線，如圖2

∵AEBF是菱形，AF＝BF＝4

∴AB⊥EF，EM＝MF＝2

∴F（3，﹣2）

∴點(diǎn)F到二次函數(shù)圖象的垂直距離﹣2+2

（3）當(dāng)F（3，﹣2）時(shí)，點(diǎn)F到二次函數(shù)圖象的垂直距離最小

如圖3，以BQ為邊作等邊三角形BQD，將△BQF繞B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°到△BDN位置，連接AN，

第15頁(yè)共20頁(yè).

作PN⊥AB于P

∵等邊三角形BQD

∴QD＝QB＝BD，

∵將△BQF繞B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°到△BDN位置

∴NB＝BF＝4，∠FBN＝60°，DN＝FQ

∵AQ+BQ+FQ＝AQ+QD+DN

∴當(dāng)AQ，QD，DN共線時(shí)AQ+BQ+FQ的和最短，即最短值為AN的長(zhǎng)．

∵AF＝BF＝4＝AB，

∴∠ABF＝60°

∴∠NBP＝60°且BN＝4，

∴BP＝2，PN＝2

∴AP＝6

在Rt△ANP中，AN＝＝4

∴AQ+BQ+FQ的和最短值為4．

5．如圖，已知拋物線y＝a（x+3）（x﹣1）（a≠0），與x軸從左至右依次相交于A、B兩點(diǎn)，與y軸

交于點(diǎn)C，經(jīng)過點(diǎn)A的直線y＝﹣x+b與拋物線的另一個(gè)交點(diǎn)為D．

（1）若點(diǎn)D的橫坐標(biāo)為2，則拋物線的函數(shù)關(guān)系式為．

（2）若在第三象限內(nèi)的拋物線上有一點(diǎn)P，使得以A、B、P為頂點(diǎn)的三角形與△ABC相似，求

點(diǎn)P的坐標(biāo)．

（3）在（1）的條件下，設(shè)點(diǎn)E是線段AD上一點(diǎn)（不含端點(diǎn)），連接BE，一動(dòng)點(diǎn)Q從點(diǎn)B出發(fā)，

沿線段BE以每秒1個(gè)單位的速度運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)E，再沿線段ED以每秒個(gè)單位運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)D停止，

第16頁(yè)共20頁(yè).

問當(dāng)點(diǎn)E的坐標(biāo)為多少時(shí)，點(diǎn)Q運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最少？

（4）連接BC，點(diǎn)M為△ABC內(nèi)一點(diǎn)，若∠ABC＝60°，求MA+MB+MC的最小值為

．

【解答】解：（1）已知y＝a（x+3）（x﹣1），

令y＝0，得a（x+3）（x﹣1）＝0，

解得：x1＝﹣3，x2＝1，

∴A（﹣3，0）、B（1，0），

∵直線y＝﹣x+b經(jīng)過點(diǎn)A（﹣3，0），

∴3+b＝0，

解得：b＝﹣3，

∴y＝﹣x﹣3，

當(dāng)x＝2時(shí)，y＝﹣5，

∴點(diǎn)D的坐標(biāo)為（2，﹣5），

∵點(diǎn)D在拋物線上，

∴a（2+3）（2﹣1）＝﹣5，

解得：a＝﹣，

∴y＝﹣（x+3）（x﹣1）＝﹣x2﹣2x+3，

∴拋物線的解析式為y＝﹣x2﹣2x+3；

（2）如圖1，作PH⊥x軸于H，

設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為（m，n），

當(dāng)△BPA∽△ABC時(shí)，∠BAC＝∠PBA，

∴tan∠BAC＝tan∠PBA，即＝，

∴＝，即n＝﹣a（m﹣1），

第17頁(yè)共20頁(yè).

∴，

解得，m1＝﹣4，m2＝1（不合題意，舍去），

當(dāng)m＝﹣4時(shí)，n＝5a，

∵△BPA∽△ABC，

∴＝，即AB2＝AC?PB，

∴42＝?，

解得，a1＝（不合題意，舍去），a2＝﹣，

則n＝5a＝﹣，

∴點(diǎn)P坐標(biāo)為（﹣4，﹣）；

當(dāng)△PBA∽△ABC時(shí)，∠CBA＝∠PBA，

∴tan∠CBA＝tan∠PBA，即＝，

∴＝，即n＝﹣3a（m﹣1），

∴，

解得，m1＝﹣6，m2＝1（不合題意，舍去），

當(dāng)m＝﹣6時(shí)，n＝21a，

∵△PBA∽△ABC，

∴＝，即AB2＝BC?PB，

∴42＝?，

解得，a1＝