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$-\frac{11}{4} \leq a < -\frac{5}{2}$
函数$y = |x|$的图像为第一、二象限的角平分线(此处实际答题时需在坐标系中画出图像)。
设一次函数$y = kx + b,$将点$A(-1,1)$、$B(2,2)$代入得:
$\begin{cases} -k + b = 1 \\ 2k + b = 2\end{cases}$
解得:
$\begin{cases} k = \dfrac{1}{3} \\ b = \dfrac{4}{3}\end{cases}$
所以一次函数解析式为$y = \dfrac{1}{3}x + \dfrac{4}{3}。$
联立方程组$\begin{cases} y = |x| \\ y = \dfrac{1}{3}x + \dfrac{4}{3} \end{cases}$:
当$x \geq 0$时,$x = \dfrac{1}{3}x + \dfrac{4}{3},$解得$x = 2,$$y = 2;$
当$x < 0$时,$-x = \dfrac{1}{3}x + \dfrac{4}{3},$解得$x = -1,$$y = 1。$
因此,方程组的解为$\begin{cases} x = -1 \\ y = 1 \end{cases},$$\begin{cases} x = 2 \\ y = 2 \end{cases}。$
(1) 解:因为 $ BD = 8 ,$$ CD = x ,$所以 $ BC = BD - CD = 8 - x 。$
因为 $ AB \perp BD ,$$ AB = 5 ,$在 $ \text{Rt}\triangle ABC $ 中,$ AC = \sqrt{AB^2 + BC^2} = \sqrt{5^2 + (8 - x)^2} = \sqrt{(8 - x)^2 + 25} 。$
因为 $ ED \perp BD ,$$ DE = 1 ,$在 $ \text{Rt}\triangle CDE $ 中,$ CE = \sqrt{CD^2 + DE^2} = \sqrt{x^2 + 1^2} = \sqrt{x^2 + 1} 。$
所以 $ AC + CE = \sqrt{(8 - x)^2 + 25} + \sqrt{x^2 + 1} 。$
(2) 解:作点 $ A $ 关于直线 $ BD $ 的对称点 $ A' ,$连接 $ A'E $ 交 $ BD $ 于点 $ C ,$此时 $ AC + CE $ 的值最小,最小值为 $ A'E $ 的长。
因为点 $ A $ 与 $ A' $ 关于 $ BD $ 对称,$ AB = 5 ,$所以 $ A'B = AB = 5 ,$$ \angle A'BD = \angle ABD = 90^\circ ,$故 $ A' ,$$ B ,$$ D $ 三点共线。
过点 $ A' $ 作 $ A'F \perp ED $ 交 $ ED $ 的延长线于点 $ F ,$则 $ A'F = BD = 8 ,$$ EF = DE + A'B = 1 + 5 = 6 。$
在 $ \text{Rt}\triangle A'FE $ 中,$ A'E = \sqrt{A'F^2 + EF^2} = \sqrt{8^2 + 6^2} = \sqrt{64 + 36} = \sqrt{100} = 10 。$
所以 $ AC + CE $ 的最小值为 $ 10 。$
(3) 解:构造直角梯形,使上底为 $ 2 ,$下底为 $ 3 ,$高为 $ 12 。$设梯形的下底左端点为 $ B ,$右端点为 $ D ,$上底左端点为 $ A ,$右端点为 $ E ,$$ AB \perp BD ,$$ DE \perp BD ,$$ AB = 2 ,$$ DE = 3 ,$$ BD = 12 ,$设 $ CD = x ,$则 $ BC = 12 - x 。$
此时 $ AC = \sqrt{BC^2 + AB^2} = \sqrt{(12 - x)^2 + 2^2} = \sqrt{(12 - x)^2 + 4} ,$$ CE = \sqrt{CD^2 + DE^2} = \sqrt{x^2 + 3^2} = \sqrt{x^2 + 9} ,$代数式 $ \sqrt{x^2 + 4} + \sqrt{(12 - x)^2 + 9} $ 的最小值即为 $ AC + CE $ 的最小值。
作点 $ A $ 关于 $ BD $ 的对称点 $ A' ,$连接 $ A'E $ 交 $ BD $ 于点 $ C ,$$ A'E $ 的长即为最小值。
过 $ A' $ 作 $ A'F \perp ED $ 延长线于 $ F ,$则 $ A'F = BD = 12 ,$$ EF = DE + A'B = 3 + 2 = 5 。$
在 $ \text{Rt}\triangle A'FE $ 中,$ A'E = \sqrt{A'F^2 + EF^2} = \sqrt{12^2 + 5^2} = \sqrt{144 + 25} = \sqrt{169} = 13 。$
所以代数式的最小值为 $ 13 。$
【解析】:
本题主要考查了勾股定理以及数形结合的数学思想。
首先,根据题目条件,已知$a+b=2$,且$a$、$b$为正数。
接着,为了求解$\sqrt{4+a^2}+\sqrt{1+b^2}$的最小值,可以构造一个图形,其中线段$AB$的长度为2,$AP$的长度为$a$,$BP$的长度为$b$。
然后,分别作$AC$垂直于$AB$且长度为2,$BD$垂直于$AB$且长度为1。
根据勾股定理,可以计算出$PC$和$PD$的长度,分别为$\sqrt{4+a^2}$和$\sqrt{1+b^2}$。
当点$P$与点$C$、$D$在同一直线上时,$PC+PD$的值最小,即等于线段$CD$的长度。
为了求出$CD$的长度,可以再构造一个与图形相关的直角三角形。
作$DE$平行于$BA$交$CA$的延长线于点$E$,这样$DE$的长度就等于$AB$的长度,即2;
$CE$的长度等于$CA$与$AE$的和,即3。
最后,利用勾股定理求出$CD$的长度,即$\sqrt{3^2+2^2}=\sqrt{13}$。
所以,$\sqrt{4+a^2}+\sqrt{1+b^2}$的最小值为$\sqrt{13}$。
【答案】:
$\sqrt{13}$。
(1) 解:因为 BD=8,CD=x,所以 BC=BD-CD=8-x。
因为 AB⊥BD,AB=5,所以在 Rt△ABC 中,AC=$\sqrt{AB^2 + BC^2}=\sqrt{5^2+(8-x)^2}=\sqrt{(8-x)^2 + 25}$。
因为 ED⊥BD,DE=1,所以在 Rt△CDE 中,CE=$\sqrt{CD^2 + DE^2}=\sqrt{x^2 + 1^2}=\sqrt{x^2 + 1}$。
所以 AC+CE=$\sqrt{(8 - x)^2 + 25}+\sqrt{x^2 + 1}$。
(2) 解:作点 A 关于直线 BD 的对称点 A',连接 A'E 交 BD 于点 C,此时 AC+CE 的值最小,最小值为 A'E 的长。
因为点 A 与 A'关于 BD 对称,AB=5,所以 A'B=AB=5,∠A'BD=∠ABD=90°,所以 A',B,D 三点共线,且 A'D=A'B + BD=5 + 8=13?(此处错误,应为 A'在 AB 延长线上,A'B=AB=5,所以 A'到 D 的水平距离为 BD=8,垂直距离为 A'B + DE=5 + 1=6?不,重新构建:过点 A'作 A'F⊥ED 交 ED 的延长线于点 F。
则 A'F=BD=8,EF=DE + A'B=1 + 5=6。
在 Rt△A'FE 中,A'E=$\sqrt{A'F^2 + EF^2}=\sqrt{8^2 + 6^2}=\sqrt{64 + 36}=\sqrt{100}=10$。
所以 AC+CE 的最小值为 10。
(3) 解:构造直角梯形,使上底为 2,下底为 3,高为 12。设梯形的下底左端点为 B,右端点为 D,上底左端点为 A,右端点为 E,AB⊥BD,DE⊥BD,AB=2,DE=3,BD=12,设 CD=x,则 BC=12 - x。
此时 AC=$\sqrt{BC^2 + AB^2}=\sqrt{(12 - x)^2 + 2^2}=\sqrt{(12 - x)^2 + 4}$,CE=$\sqrt{CD^2 + DE^2}=\sqrt{x^2 + 3^2}=\sqrt{x^2 + 9}$,所以代数式$\sqrt{x^2 + 4}+\sqrt{(12 - x)^2 + 9}$的最小值即为 AC+CE 的最小值。
作点 A 关于 BD 的对称点 A',连接 A'E 交 BD 于点 C,A'E 的长即为最小值。
过 A'作 A'F⊥ED 延长线于 F,则 A'F=BD=12,EF=DE + A'B=3 + 2=5。
在 Rt△A'FE 中,A'E=$\sqrt{A'F^2 + EF^2}=\sqrt{12^2 + 5^2}=\sqrt{144 + 25}=\sqrt{169}=13$。
所以代数式的最小值为 13。