阿氏圆模型:定比点圆与最值转化

阿氏圆模型利用圆外定点关于圆的反演点,把圆上动点到定点的距离换成定比关系,从而将 PA 加 k 倍 PB 的最值问题转化为两点之间线段最短,是圆中最值的利器。

结构:定圆 OO 半径 rr,BB 为圆外定点,CC 是 OBOB 上满足 OC⋅OB=r2OC \cdot OB=r^{2} 的反演点,PP 为圆上动点,另有定点 AA 构成最值目标。

标准形:⊙O\odot O 半径 rr,BB 圆外定点,C∈OBC \in OB 且 OC⋅OB=r2OC \cdot OB=r^{2},则圆上任意 PP 满足 PBPC=OBr\frac{PB}{PC}=\frac{OB}{r}(定值)。

适用前提与边界条件

  1. 动点必须在定圆上滑动;动点在直线上时用胡不归模型而非本模型
  2. 反演点关系 OC⋅OB=r2OC \cdot OB=r^{2} 是全部结论的根基,构造时位置不能错

求解策略

  1. 定反演点:在 OBOB 上取 CC 使 OC⋅OB=r2OC \cdot OB=r^{2}
  2. 证母子相似:OCOP=OPOB\frac{OC}{OP}=\frac{OP}{OB} 加公共角,得 △OPC∼△OBP\triangle OPC \sim \triangle OBP
  3. 换系数:k⋅PBk \cdot PB 换成 PCPC(k=rOBk=\frac{r}{OB}),目标化为 PA+PCPA+PC
  4. 线段最短:PP 取线段 ACAC 与圆的交点,最小值即 ACAC

模型结构

半径为 , 是圆外定点(图中 ), 在线段 上且 (图中 ),称 为 关于圆的反演点。 在圆上滑动, 是另一个定点。

OABCP
C 是 B 关于 ⊙O 的反演点,圆上任一点 P 满足 PB=2PC

核心结论与推导

结论:对圆上任意点 , 为定值(图中恒有 )。

证明:由 ,得 。又 (公共角),故

这是「母子相似」在圆中的经典应用,反演点关系是全部魔法的开关。

典例精析

例:如图, 半径 ,, 为圆外定点。 在圆上滑动,求 的最小值。

解:取 上点 使 (满足 ),则圆上任意 都有 。于是

当 为线段 与圆的交点时取等,最小值即 的长度。

点评:系数 恰好等于 时,反演点一次构造到位,加权最值瞬间退化为普通折线最值。

常见变式

  1. 轨迹版:到两定点距离之比为定值 ()的点轨迹是圆,圆心在两定点连线上。
  2. 双定点版:给定 、 与圆上动点 ,求 , 与 的位置匹配时直接反演。
  3. 与胡不归互判:动点在直线上用胡不归(构造角),在圆上用阿氏圆(反演点),先看动点轨迹再选工具。

对比与联系

模型动点轨迹化系数手法
将军饮马直线轴对称(系数 1)
胡不归直线构造角(系数 )
阿氏圆圆反演点(系数 )

正例与反例

✅ 正例

  • ⊙O\odot O 半径 rr,OB=2rOB=2r,CC 在 OBOB 上且 OC=r2OC=\frac{r}{2},则圆上任一点 PP 满足 PB=2PCPB=2PC

❌ 反例

  • 把 CC 取成 OBOB 中点:中点不满足 OC⋅OB=r2OC \cdot OB=r^{2}(除非 OB=2rOB=\sqrt{2}r),定比不成立

高频误解与考试易错

  • 反演点放错侧:CC 必须在线段 OBOB 上(圆内),放到 OBOB 延长线上比例全错
  • 定比记反:PBPC=OBr\frac{PB}{PC}=\frac{OB}{r},分子是到圆外点的距离,别写成 rOB\frac{r}{OB}
  • 最优点漏验证:PA+PCPA+PC 的最小值 ACAC 要求线段 ACAC 与圆有交点,否则最值在边界取得

常见问题

为什么 PB:PCPB:PC 是定值?
由 OC⋅OB=OP2OC \cdot OB=OP^{2}(注意 OP=rOP=r)得 OCOP=OPOB\frac{OC}{OP}=\frac{OP}{OB},加上公共角 ∠POC=∠BOP\angle POC=\angle BOP,故 △OPC∼△OBP\triangle OPC \sim \triangle OBP,于是 PBPC=OBOP=OBr\frac{PB}{PC}=\frac{OB}{OP}=\frac{OB}{r} 为定值。
阿氏圆本来指什么?
阿波罗尼斯圆:平面上到两定点距离之比为定值(不为 11)的点的轨迹是圆。本模型用的是它的逆用——已知圆和圆外点,找圆内反演点造出定比。
怎么用它求最值?
把 PA+k⋅PBPA+k \cdot PB 中的 k⋅PBk \cdot PB 换成 PCPC(CC 为反演点),问题变成圆上动点 PP 使 PA+PCPA+PC 最小,当 PP 落在线段 ACAC 上时取等,最小值即 ACAC。
系数 kk 与图形怎么对应?
k=rOBk=\frac{r}{OB}。BB 越远 kk 越小;给定 kk 也可反推应取的反演点 CC 使 OBr=1k\frac{OB}{r}=\frac{1}{k}。

依据与出处

  • 人教版(2024 审定)九年级上册 第二十九章《圆》(2026 秋起使用;拓展延伸)