TUYỂN TẬP 22 CHUYÊN ĐỀ NÂNG CAO HÌNH HỌC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI TOÁN LỚP 7

CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HSG TOÁN THCS

vectorstock.com/28062405

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN EBOOK PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

TUYỂN TẬP 22 CHUYÊN ĐỀ NÂNG CAO HÌNH HỌC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI TOÁN LỚP 7 KIẾN THỨC CẦN NHỚ, MỘT SỐ VÍ DỤ, BÀI TẬP VẬN DỤNG HƯỚNG DẪN GIẢI – ĐÁP SỐ WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

Chương I. ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG Chuyên đề 1. HAI GÓC ĐỐI ĐỈNH A. Kiến thức cần nhớ 1. Hai góc đối đỉnh là hai góc mà mỗi cạnh của góc này là tia đối của một cạnh của góc kia (h.1.1).

; . 2. Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau: AOC = BOD AOD = BOC B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho góc bẹt AOB. Trên hai nửa mặt phẳng đối nhau bờ AB vẽ hai tia OM và ON sao cho

. Chứng minh rằng hai góc AON và BOM là hai góc đối đỉnh. AOM = BON Giải (h.1.2) * Tìm cách giải Để chứng tỏ hai góc AON và BOM là hai góc đối đỉnh, ta cần chứng tỏ mỗi cạnh của góc này là tia đối một cạnh của góc kia. Vì đã có hai tia OA, OB đối nhau nên chỉ còn phải chứng tỏ hai tia OM, ON đối nhau bằng cách chứng tỏ MON là góc bẹt. * Trình bày lời giải Góc AOB là góc bẹt nên hai tia OA, OB đối nhau. Hai góc AOM và BOM kề bù nên

= 180° . AOM + BOM (đề bài cho) nên BON + BOM = 180° . AOM = BON Mặt khác = 180° . Vậy hai tia OM, ON đối nhau. Suy ra MON Hai góc AON và BOM có mỗi cạnh của góc này là tia đối một cạnh của góc kia nên chúng là hai góc đối đỉnh. Ví dụ 2: Cho hai đường thẳng EF và GH cắt nhau tại O tạo thành bốn góc không kể góc bẹt. Biết tổng

+ GOF + FOH = 250° . Tính số đo của bốn góc tạo thành. EOG Giải (h.1.3) * Tìm cách giải Để tính được số đo của bốn góc tạo thành, trước tiên cần tính được số đo của một trong bốn góc đó. * Trình bày lời giải

+ GOF + FOH = 250° (đề bài cho), mà EOG + GOF = 180° Ta có EOG = 250° − 180° = 70° . (hai góc kề bù) nên FOH + FOH = 180° (hai góc kề bù) ⇒ GOF = 180° − 70° = 110° . Ta có GOF = FOH = 70° (hai góc đối đỉnh); HOE = GOF = 110° (hai góc đối đỉnh). Vậy EOG Trang 1

* Nhận xét: Sau khi tính được số đo của một góc, ta tính được số đo của ba góc còn lại nhờ vận dụng tính chất của hai góc kề bù, hai góc đối đỉnh. Ví dụ 3: Cho bốn đường thẳng cắt nhau tại một điểm. Xét các góc không có điểm trong chung, chứng tỏ rằng tồn tại hai góc nhỏ hơn hoặc bằng 45° . Giải (h.1.4) * Tìm cách giải Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau. Do đó để chứng tỏ tồn tại hai góc nhỏ hơn hoặc bằng 45° , ta chỉ cần chứng tỏ tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 45° .

* Trình bày lời giải Bốn đường thẳng cắt nhau tại một điểm tạo ra 8 góc không có điểm trong chung. Nếu tất cả các góc này đều lớn hơn 45° thì tổng của chúng lớn hơn 45°.8 = 360° . Điều này vô lí, vì tổng của 8 góc này đúng bằng 360° . Vậy phải tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 45° . Góc này và góc đối đỉnh với nó bằng nhau. Do đó tồn tại hai góc nhỏ hơn hoặc bằng 45° .

Ví dụ 4: Trong hình 1.5, hai góc AOC và BOD là hai góc đối đỉnh. Hai tia OE, OF là hai tia đối nhau. Cho biết tia OE là tia phân giác của góc AOC, chứng tỏ rằng tia OF là tia phân giác của góc BOD.

Giải (h.1.5) * Tìm cách giải

=O . Muốn vậy phải sử dụng tính chất của hai góc đối đỉnh. Ta cần chứng tỏ O 3 4 * Trình bày lời giải Hai góc AOC và BOD là hai góc đối đỉnh nên các tia OA, OB đối nhau, các tia OC, OD đối nhau. Ngoài

=O ; O =O (hai góc đối đỉnh). Vì O =O (đề bài cho) ra, hai tia OE, OF cũng đối nhau nên ta có O 1 3 2 4 1 2 =O . (1) nên O 3 4 Mặt khác, tia OF nằm giữa hai tia OB, OD. (2) nên từ (1) và (2) suy ra tia OF là tia phân giác của góc BOD.

C. Bài tập vận dụng

Tính số đo góc 1.1. Hai đường thẳng AB, CD cắt nhau tại O tạo thành bốn góc không kể góc bẹt. Biết

= 100° . Tính số đo của mỗi góc tạo thành. AOC + BOD Hướng dẫn giải (h.1.6)

(hai góc đối đỉnh) mà = 100° nên AOC = BOD Ta có: AOC + BOD = 100° : 2 = 50° . AOC = BOD = 180° − 50° = 130° . Hai góc AOC và BOC kề bù nên BOC Trang 2

= 130° (hai góc đối đỉnh). Do đó AOD = BOC = 2 MOP . 1.2. Cho hai đường thẳng MN, PQ cắt nhau tại O tạo thành bốn góc khác góc bẹt. Biết NOP 3 Tính số đo của mỗi góc tạo thành.

Hướng dẫn giải (h.1.7)

+ MOP = 180° mà NOP = 2 MOP Hai góc NOP và MOP kề bù nên NOP 3 = 180° − 72° = 108° . = 180°.2 = 72° ; MOP nên NOP 2+3

= NOP = 72° (hai góc đối đỉnh); NOQ = MOP = 108° (hai góc Suy ra MOQ đối đỉnh). 1.3. Cho hai đường thẳng AB, CD cắt nhau tại O. Vẽ tia OM là tia phân giác của góc AOC. Biết

= a°(0 < a < 180) . Tìm giá trị của a để BOM = 155° . BOD Hướng dẫn giải (h.1.8)

= a° (hai góc đối đỉnh). Ta có AOC = BOD = a° . Tia OM là tia phân giác của góc AOC nên AOM = MOC 2

kề bù nên = 180° suy ra Hai góc AOM và BOM AOM + BOM

= 180° − a° . BOM 2 = 155° ⇔ 180° − a° = 155° ⇔ a° = 180° − 155° ⇔ a° = 25° ⇔ a° = 50° . Ta có BOM 2 2 2 Vậy a = 50 . Lưu ý: Kí hiệu ⇔ đọc là “khi và chỉ khi”.

Khi viết A ⇔ B ta hiểu từ A suy được ra B và ngược lại, từ B suy được ra A.

1.4. Cho hai đường thẳng EF, GH cắt nhau tại O. Vẽ tia phân giác OK của góc EOG. Biết

= m°(0 < m < 180) . Tìm giá trị của m để FOH = 110° . FOK Hướng dẫn giải (h.1.9)

+ FOK = 180° Hai góc EOK và FOK kề bù nên EOK = 180° − m° . ⇒ EOK = 2 (180° − m° ) . Tia OK là tia phân giác của góc EOG nên EOG

đối đỉnh với EOG nên FOH = EOG = 2 (180° − m° ) . Vì FOH = 110° ⇔ 2 (180° − m° ) = 110° ⇔ 180° − m° = 55° Ta có FOH Trang 3

⇔ m° = 180° − 55° ⇔ m° = 125° . Vậy m = 125 .

= 60° . Một tia Ox có thể trùng với tia OB hoặc 1.5. Cho hai đường thẳng AB, CD cắt nhau tại O, BOC OC hoặc nằm giữa hai tia này. Vẽ tia Oy là tia đối của tia Ox. Tìm số đo lớn nhất của góc AOy.

Hướng dẫn giải (h.1.10)

. AOy = BOx Hai góc AOy và BOx là hai góc đối đỉnh nên ≤ BOC nên Ta có BOx AOy ≤ 60° ; dấu “=” xảy ra khi tia Ox trùng với tia OC. Vậy số đo lớn nhất của góc AOy là bằng 60° khi tia Ox trùng với tia OC.

1.6. Cho ba đường thẳng AB, CD và MN cắt nhau tại O. a) Trong hình vẽ có tất cả bao nhiêu góc? b) Chứng tỏ rằng trong các góc nói trên tồn tại hai góc tù.

Hướng dẫn giải a) Ba đường thẳng cắt nhau tại O tạo thành 6 tia. Số góc do 6 tia tạo ra là: 6.5 = 15 (góc). 2 b) Xét hai đường thẳng AB và CD trong ba đường thẳng đã cho (h.1.11). Hai

đường thẳng này tạo thành bốn góc không có điểm trong chung. Tổng của bốn góc này bằng 360° nên trong bốn góc đó phải tồn tại một góc lớn hơn hoặc bằng 90° . Thật vậy, nếu mỗi góc đó đều nhỏ hơn 90° thì tổng của chúng nhỏ hơn

90°.4 = 360° : vô lí. Giả sử góc tồn tại nói trên là góc BOD.

> 90° thì > 90° , bài toán đã giải xong. - Nếu BOD AOC = BOD = 90° thì ta xét tiếp đường thẳng thứ ba MN đi qua O (h.1.12). - Nếu BOD Giả sử tia ON nằm trong góc BOD. Khi đó góc BON là góc nhọn do đó AON

và là góc tù (vì BON AON là hai góc kề bù). Góc AON là góc tù thì góc = BOM là góc tù (vì BOM AON ). Vậy luôn tồn tại hai góc tù trong số 15 góc được tạo thành.

Chứng tỏ hai tia đối nhau 1.7. Chứng tỏ rằng hai tia phân giác của hai góc đối đỉnh là hai tia đối nhau. Hướng dẫn giải (h.1.13) Xét hai góc đối đỉnh AOC và BOD. Gọi tia OM là tia phân giác của góc AOC; tia ON là tia phân giác của góc BOD. Ta phải chứng tỏ hai tia OM, ON đối nhau.

Trang 4

(hai góc đối đỉnh) mà O =O ; O =O nên O =O (một nửa của hai góc bằng Ta có AOC = BOD 1 2 3 4 1 3 nhau).

= 180° Vì AOB = 180° nên AOD + DOB

+O = 180° ⇒ AOD + O 4 3 +O +O = 180° (vì O =O ). ⇒ AOD 1 3 4 1 = 180° . Do đó MON Suy ra hai tia OM, ON đối nhau.

1.8. Cho hai đường thẳng AB và MN cắt nhau tại O sao cho AOM < 90° . Trên nửa mặt phẳng bờ AB có chứa tia OM, vẽ tia OC sao cho tia OM là tia phân giác của góc AOC. Trên nửa mặt phẳng bờ AB có chứa tia ON vẽ tia OD sao cho tia ON là tia phân giác của góc BOD. Chứng tỏ rằng hai tia OC, OD là hai tia

đối nhau. Hướng dẫn giải (h.1.14)

, BON = DON mà (hai góc Theo đề bài ta có AOM = MOC AOM = BON = DON . đối đỉnh) nên MOC + DON = 180° (hai góc kề bù), suy ra MOD + MOC = 180° . Ta có MOD Hai góc MOD và MOC là hai góc kề, có tổng bằng 180° nên hai tia OC, OD đối nhau.

Chứng tỏ một tia là tia phân giác 1.9. Cho hai góc AOB và AOC là hai góc kề bằng nhau, mỗi góc đều là góc tù. Vẽ tia OB′ là tia đối của tia OB, tia OC ′ là tia đối của tia OC. Chứng tỏ rằng tia OA là tia phân giác của góc B′OC ′ .

Hướng dẫn giải (h.1.15)

′ = COB ′ (hai góc đối đỉnh) nên Ta có AOB = AOC (đề bài cho) mà BOC ′ = ′ . AOB − BOC AOC − COB Do đó AOC ′ = AOB′ . (1) Mặt khác, tia OA nằm giữa hai tia OB′ và OC ′ . (2) Nếu từ (1) và (2) ta được tia OA là tia phân giác của góc B′OC ′ .

1.10. Cho góc bẹt AOB. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ các tia OC và OD sao cho

= 150° . Vẽ tia OE là tia đối của tia OD. Chứng tỏ rằng tia OB là tia phân giác của góc COE. AOC = BOD Hướng dẫn giải (h.1.16)

= 180° Hai góc AOC và BOC kề bù nên AOC + BOC = 180° − 150° = 30° . ⇒ BOC Tương tự, ta tính được AOD = 30° . Trang 5

= Ta có BOE AOD = 30° (hai góc đối đỉnh). = BOE = 30° . (1) Suy ra BOC Tia OB nằm giữa hai tia OC và OE. (2) Từ (1) và (2) ta được tia OB là tia phân giác của góc COE.

Đếm góc, đếm tia 1.11. Cho bốn đường thẳng cắt nhau tại một điểm. Tìm số cặp góc đối đỉnh được tạo thành (không kể góc bẹt). a) Bằng cách liệt kê; b) Bằng cách tính toán.

Hướng dẫn giải (h.1.17) a) Liệt kê các cặp góc đối đỉnh

Xét các cặp góc “đơn”: Góc 1 đối đỉnh với góc 5; Góc 2 đối đỉnh với góc 6; Góc 3 đối đỉnh với góc 7; Góc 4 đối đỉnh với góc 8. Có tất cả 4 góc “đơn” đối đỉnh.

Xét các cặp góc “ghép đôi” (ghép hai góc đơn kề nhau thành một góc “ghép đôi”): Góc 12 đối đỉnh với góc 56; Góc 23 đối đỉnh với góc 67; Góc 34 đối đỉnh với góc 78; Góc 45 đối đỉnh với góc 81. Có tất cả 4 cặp góc “ghép đôi” đối đỉnh.

Xét các cặp góc “ghép ba” (ghép ba góc đơn kề nhau thành một góc “ghép ba”): Góc 123 đối đỉnh với góc 567; Góc 234 đối đỉnh với góc 678; Góc 345 đối đỉnh với góc 781; Góc 456 đối

đỉnh với góc 812. Có tất cả 4 cặp góc “ghép ba” đối đỉnh. Vậy tổng cộng có 4.3 = 12 cặp góc đối đỉnh. b) Xây dựng công thức tính số cặp góc đối đỉnh. Có 4 đường thẳng cắt nhau tại một điểm nên có: 4.2 = 8 (tia). Số góc do 8 tia tạo ra là

8.7 = 28 (góc). 2

Không kể góc bẹt thì số góc còn lại là: 28 − 4 = 24 (góc). Mỗi góc trong 24 góc này đều có một góc đối đỉnh với nó nên số cặp góc đối đỉnh được tạo thành là

24 : 2 = 12 (cặp). * Nhận xét: Nếu có n đường thẳng cắt nhau tại một điểm thì số cặp góc đối đỉnh (không kể góc bẹt) được tạo thành là n ( n − 1) . Thật vậy, số tia do n đường thẳng cắt nhau tại một điểm tạo ra là 2n (tia). Số góc do 2n tia tạo ra là:

2n ( 2n − 1) = n ( 2n − 1) . 2

Không kể n góc bẹt thì số góc còn lại là: n ( 2n − 1) − n = 2n 2 − n − n = 2n 2 − 2n = 2n ( n − 1) . Trang 6

Số cặp góc đối đỉnh là:

2n ( n − 1) = n ( n − 1) . 2

1.12. Cho n đường thẳng cắt nhau tại một điểm, chúng tạo thành: a) 20 cặp góc đối đỉnh (không kể góc bẹt); b) 90 cặp góc đối đỉnh (không kể góc bẹt). Tính giá trị của n trong mỗi trường hợp.

Hướng dẫn giải a) Ta có: n ( n − 1) = 20

b) Ta có: n ( n − 1) = 90

n ( n − 1) = 5.4 ⇒ n = 5 .

n ( n − 1) = 10.9 ⇒ n = 10

Vậy n = 5 .

Vậy n = 10 .

Trang 7

Chương I. ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG. Chuyên đề 2. HAI ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC A. Kiến thức cần nhớ 1. Hai đường thẳng AB, CD cắt nhau và trong các góc tạo thành có một góc vuông được gọi là hai đường thẳng vuông góc. Trong hình 2.1 ta có AB ⊥ CD . 2. Có một và chỉ một đường thẳng a ′ đi qua O và vuông góc với đường thẳng a cho trước (h.2.2).

3. Đường thẳng vuông góc với một đoạn thẳng tại trung điểm của nó được gọi là đường trung trực của đoạn thẳng ấy. Trong hình 2.3, đường thẳng xy là đường trung trực của AB.

B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho góc bẹt AOB và tia OM sao cho AOM = 60° . Vẽ tia ON nằm trong góc BOM sao cho

=1 ON ⊥ OM . Chứng tỏ rằng BON AOM . 2 Giải (h.2.4) * Tìm cách giải Muốn so sánh hai góc BON và AOM ta cần tính số đo của chúng.

Đã biết số đo của góc AOM nên chỉ cần tính số đo của góc BON. * Trình bày lời giải

= 180° Hai góc AOM và BOM kề bù nên AOM + BOM = 180° − 60° = 120° . Vì OM ⊥ ON nên MON = 90° . ⇒ BOM + MON = BOM Tia ON nằm trong góc BOM nên BON = 120° − 90° = 30° . Vì 30° = 1 .60° nên BON =1 ⇒ BON AOM . 2 2 Ví dụ 2: Cho góc bẹt AOB. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ các tia OE, OF sao cho

< 90° . Vẽ tia phân giác OM của góc EOF. Chứng tỏ rằng OM ⊥ AB . AOE = BOF Giải (h.2.5) Trang 1

* Tìm cách giải

Để chứng tỏ OM ⊥ AB ta cần chứng tỏ góc AOM (hoặc góc BOM) có số đo bằng 90° . * Trình bày lời giải

; MOE = MOF (đề bài cho) Ta có AOE = BOF = BOF + MOF . AOE + MOE ⇒

(1)

. M ặt AOM = BOM Tia OE nằm giữa hai tia OA, OM; tia OF nằm giữa hai tia OB, OM nên từ (1) suy ra = 180° (hai góc kề bù) nên khác, AOM + BOM AOM = 180° : 2 = 90° , suy ra OM ⊥ OA . Do đó OM ⊥ AB .

Ví dụ 3: Cho góc tù AOB. Vẽ vào trong góc này các tia OM, ON sao cho OM ⊥ OA, ON ⊥ OB . Vẽ tia OK là tia phân giác của góc MON. Chứng tỏ rằng tia OK cũng là tia phân giác của góc AOB.

Giải (h.2.6) * Tìm cách giải Muốn chứng tỏ tia OK là tia phân giác của góc AOB ta cần chứng tỏ

. Muốn vậy cần chứng tỏ = BOM + MOK . AOK = BOK AON + NOK * Trình bày lời giải

= 90° . Ta có OM ⊥ OA ⇒ AOM = 90°; ON ⊥ OB ⇒ BON = Tia ON nằm giữa hai tia OA, OM nên AON + NOM AOM = 90° ; + MON = BON = 90° . Tia OM nằm giữa hai tia OB, ON nên BOM (cùng phụ với MON ). Suy ra AON = BOM = MOK . Tia OK là tia phân giác của góc MON nên NOK = BOM + MOK . Do đó AON + NOK

(1)

. AOK = BOK Vì tia ON nằm giữa hai tia OA, OK và tia OM nằm giữa hai tia OB, OK nên từ (1) suy ra Mặt khác, tia OK nằm giữa hai tia OA, OB nên tia OK cũng là tia phân giác của góc AOB.

C. Bài tập vận dụng

Tính số đo góc 2.1. Cho hai đường thẳng AB và CD vuông góc với nhau tại O. Vẽ tia OK là tia phân giác của góc AOC. Tính số đo góc KOD và KOB.

Hướng dẫn giải (h.2.9) Vì AB ⊥ CD nên AOC = 90° .

=O = 45° . Vì tia OK là tia phân giác của góc AOC nên O 1 2 +O = 180° (hai góc kề bù) Ta có KOD 1 Trang 2

= 180° − 45° = 135° . ⇒ KOD +O = 180° (hai góc kề bù) KOB 2

= 180° − 45° = 135° . ⇒ KOB . Vẽ tia phân giác OM của góc 2.2. Cho góc AOB và tia OC nằm trong góc đó sao cho AOC = 4 BOC AOC. Tính số đo của góc AOB nếu OM ⊥ OB .

Hướng dẫn giải (h.2.10) =1 AOC mà Tia OM là tia phân giác của góc AOC nên MOC 2

nên MOC = 2 BOC . AOC = 4 BOC = 90° . Nếu OM ⊥ OB thì MOB + BOC = 90° do đó 2 BOC + BOC = 90° ⇒ BOC = 30° . Ta có MOC Vậy AOC = 4.30° = 120° .

2.3. Cho góc tù AOB, AOB = m° . Vẽ vào trong góc này các tia OC, OD sao cho OC ⊥ OA; OD ⊥ OB .

. a) Chứng tỏ rằng AOD = BOC = COB . b) Tìm giá trị của m để AOD = DOC Hướng dẫn giải (h.2.11)

= 90° . a) Ta có OC ⊥ OA nên AOC = 90° ; OD ⊥ OB nên BOD = AOB . Tia OD nằm trong góc AOB nên AOD + BOD = m° − 90° ⇒ AOD = AOB − BOD

(1)

= AOB Tia OC nằm trong góc AOB nên AOC + BOC = ⇒ BOC AOB − AOC = m° − 90°

(2)

( = m° − 90° ) . Từ (1) và (2), suy ra: AOD = BOC + DOC = BOD = 90° . b) Tia OC nằm giữa hai tia OB và OD. Suy ra BOC = DOC thì DOC = 90° : 2 = 45° . Nếu BOC

= COD ⇔ = 3.45° = 135° ⇔ m = 135 . Do đó AOD = DOC AOB = 3.DOC

Chứng tỏ hai đường thẳng vuông góc 2.4. Trong hình 2.7 có góc MON là góc bẹt, góc AOC là góc vuông. Các tia OM, ON lần lượt là các tia phân giác của các góc AOB và COD. Chứng tỏ rằng OB ⊥ OD .

Hướng dẫn giải (h.2.7)

là góc bẹt nên O +O + Vì MON AOC = 180° 1 3

(1) Trang 3

+O + BOD = 180° O 2 4

(2)

=O ; O =O (đề bài cho) nên từ (1) và (2) suy ra . Mặt khác, O AOC = BOD 1 2 3 4 = 90° ⇒ OB ⊥ OD . Vì AOC = 90° nên BOD 2.5. Cho góc nhọn AOB. Trên nửa mặt phẳng bờ OA có chứa tia OB, vẽ tia OC ⊥ OA . Trên nửa mặt phẳng bờ OB có chứa tia OA vẽ tia OD ⊥ OB . Gọi OM và ON lần lượt là các tia phân giác của các góc AOD và BOC. Chứng tỏ rằng OM ⊥ ON .

Hướng dẫn giải (h.2.12)

= 90° . Ta có OC ⊥ OA ⇒ AOC = 90° . OD ⊥ OB ⇒ BOD Tia OB nằm giữa hai tia OA, OC.

= 90° . Do đó AOB + BOC

(1)

Tương tự, ta có AOB + AOD = 90° . (2)

= Từ (1) và (2) ⇒ BOC AOD (cùng phụ với AOB ). =O = AOD . Tia OM là tia phân giác của góc AOD ⇒ O 1 2 2 =O = BOC . Tia ON là tia phân giác của góc BOC ⇒ O 3 4 2 nên O =O =O =O . Vì AOD = BOC 1 2 3 4

= 90° ⇒ +O = 90° ⇒ +O = 90° . Ta có AOB + BOC AOB + O AOB + O 3 4 3 2 = 90° ⇒ OM ⊥ ON . Do đó MON 2.6. Cho góc bẹt AOB. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ các tia OM và ON sao cho = m°(90 < m < 180) . Vẽ tia phân giác OC của góc MON. AOM = BON a) Chứng tỏ rằng OC ⊥ AB . b) Xác định giá trị của m để OM ⊥ ON .

Hướng dẫn giải (h.2.13)

= 180°; BOM + (đề bài cho) nên a) Ta có AOM = BON AON + BON AOM = 180° (hai góc kề bù) mà . AON = BOM = COM . Mặt khác, tia OC là tia phân giác của góc MON nên CON = BOM + COM Do đó AON + CON

(1)

Ta có tia ON nằm giữa hai tia OA, OC; tia OM nằm giữa hai tia OB, OC

= 180° : 2 = 90° . Vậy OC ⊥ AB . nên từ (1) suy ra AOC = BOC

Trang 4

+ MON = BON = m° b) Tia OM nằm giữa hai tia OB và ON nên BOM = 180° − Mặt khác BOM AOM = 180° − m°

(1).

(2).

Từ (1) và (2) suy ra: (180° − m° ) + 90° = m° ⇒ 2m° = 270° ⇒ m° = 135° . Vậy m = 135 .

Chứng minh một tia là tia phân giác, là tia đối 2.7. Cho góc AOB có số đo bằng 120° . Vẽ tia phân giác OM của góc đó. Trên nửa mặt phẳng bờ OM có chứa tia OA, vẽ tia ON ⊥ OM . Trong góc AOB vẽ tia OC ⊥ OB . Chứng tỏ rằng: a) Tia OC là tia phân giác của góc AOM; b) Tia OA là tia phân giác của góc CON.

Hướng dẫn giải (h.2.14)

= 120° : 2 = 60° . a) Tia OM là tia phân giác của góc AOB nên AOM = BOM = 90° . Ta có OC ⊥ OB ⇒ BOC + COM = BOC Tia OM nằm giữa hai tia OB, OC nên BOM = 90° − 60° = 30° . ⇒ COM = AOC + BOC AOB Tia OC nằm giữa hai tia OA, OB nên ⇒ AOC = 120° − 90° = 30° . ( = 30° ) . Vậy AOC = COM

(1)

Tia OC nằm giữa hai tia OA, OM nên từ (1) suy ra tia OC là tia phân giác của góc AOM.

= 90° . b) Ta có OM ⊥ ON ⇒ MON . AON + AOM = MON Tia OA nằm giữa hai tia ON, OM nên − Suy ra AON = MON AOM = 90° − 60° = 30° . AON = AOC ( = 30° ) Vậy

(2)

Tia OA nằm giữa hai tia ON, OC nên từ (2) suy ra tia OA là tia phân giác của góc CON.

2.8. Cho góc bẹt AOB, tia OC ⊥ AB . Vẽ tia OM và ON ở trong góc BOC sao cho = CON = 1 BOC . Tìm trong hình vẽ các tia là tia phân giác của một góc. BOM 3

Hướng dẫn giải (h.2.15) = 90° Ta có OC ⊥ AB nên AOC = BOC

(1)

Tia OC nằm giữa hai tia OA, OB.

(2)

Từ (1) và (2) suy ra tia OC là tia phân giác của góc AOB.

Trang 5

= CON = 1 BOC = 30° . Ta có BOM 3 + CON = BOC . Tia ON nằm trong góc BOC nên BON = 90° − 30° = 60° . Suy ra BON Tia OM nằm giữa hai tia OB, ON.

(3)

+ MON = BON ⇒ MON = 60° − 30° = 30° . Do đó BOM = MON = CON = 30° Vậy BOM

(4)

Từ (3) và (4) suy ra tia OM là tia phân giác của góc BON. Tia ON nằm giữa hai tia OM và OC

(5)

Từ (4) và (5) suy ra tia ON là tia phân giác của góc COM. Tóm lại, các tia OC, OM, ON lần lượt là các tia phân giác của các góc AOB, BON và COM.

2.9. Cho hai tia OM và ON vuông góc với nhau, tia OC nằm giữa hai tia đó. Vẽ các tia OA và OB sao cho tia OM là tia phân giác của góc AOC, tia ON là tia phân giác của góc BOC. Chứng tỏ rằng hai tia OA, OB

đối nhau. Hướng dẫn giải (h.2.16)

= 90° . Ta có OM ⊥ ON ⇒ MON . Tia OM là tia phân giác của góc AOC nên AOM = MOC = NOC . Tia ON là tia phân giác của góc BOC nên BON Xét tổng

(

)

= 2 MOC + 2 NOC = 2 MOC + NOC = 2 MON = 2.90° = 180° . AOC + BOC Hai góc kề AOC và BOC có tổng bằng 180° nên hai tia OA, OB đối nhau.

Đường trung trực – Hai góc có cạnh tương ứng vuông góc 2.10. Cho đoạn thẳng AB = 2a . Lấy các điểm E và F nằm giữa A và B sao cho AE = BF . Chứng tỏ rằng hai đoạn thẳng AB và EF cùng có chung một đường trung trực.

Hướng dẫn giải (h.2.17) Trường hợp AE = BF < a : Gọi M là trung điểm của AB. Khi đó MA = MB = a .

Điểm E nằm giữa hai điểm A và M, điểm F nằm giữa hai điểm B và M. Do đó ME = MA − AE = a − AE ; MF = MB − BF = a − BF . Vì AE = BF nên ME = MF . Vậy M là trung điểm chung của hai đoạn thẳng AB và EF. Qua M vẽ xy ⊥ AB thì xy là đường trung trực chung của AB và EF.

Trường hợp AE = BF > a : Chứng minh tương tự. Trang 6

2.11. Cho bốn điểm M, N, P, Q nằm ngoài đường thẳng xy. Biết MN ⊥ xy ; PQ ⊥ xy và xy là đường trung trực của đoạn thẳng NP. Chứng tỏ rằng bốn điểm M, N, P, Q thẳng hàng.

Hướng dẫn giải (h.2.18) Ta có MN ⊥ xy; NP ⊥ xy (vì xy là đường trung trực của NP). Qua

điểm N chỉ vẽ được một đường thẳng vuông góc với xy, suy ra ba điểm M, N, P thẳng hàng. (1) Ta có NP ⊥ xy; PQ ⊥ xy . Qua điểm P chỉ vẽ được một đường thẳng vuông góc với xy, suy ra ba điểm N, P, Q thẳng hàng. (2) Từ (1) và (2) suy ra các điểm M, N, P, Q thẳng hàng vì chúng cùng thuộc đường thẳng NP.

2.12. Hai góc gọi là có cạnh tương ứng vuông góc nếu đường thẳng chứa mỗi cạnh của góc này tương ứng vuông góc với đường thẳng chứa một cạnh của góc kia. Xem hình 2.8 (a, b) rồi kể tên các góc nhọn (hoặc tù) có cạnh tương ứng vuông góc.

Hướng dẫn giải Trên hình 2.8a) có AH ⊥ Ox, AK ⊥ Oy nên các góc có cạnh tương ứng vuông góc là: góc HAK và góc xOy; góc HAt và góc xOy. Trên hình 2.8b) có AB ⊥ AC và AH ⊥ BC nên các góc có cạnh tương ứng vuông góc là: góc BAH và góc C; góc CAH và góc B.

Trang 7

Chương 1. HAI ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG Chuyên đề 3. DẤU HIỆU NHẬN BIẾT HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG A. Kiến thức cần nhớ 1. Định nghĩa Hai đường thẳng song song là hai đường thẳng không có điểm chung. Hai đường thẳng phân biệt thì hoặc cắt nhau hoặc song song. 2. Dấu hiệu nhận biết hai đường thẳng song song Nếu đường thẳng c cắt hai đường thẳng a, b và trong các góc tạo thành có một cặp góc so le trong bằng nhau thì a / / b (h.3.1.a). Nếu đường thẳng c cắt hai đường thẳng a, b và trong các góc tạo thành có một cặp góc đồng vị bằng nhau thì a / / b (h.3.1.b).

Nếu đường thẳng c cắt hai đường thẳng a, b và trong các góc tạo thành có một cặp góc trong cùng phía bù nhau thì a / / b (h.3.1.c).

B. Một số ví dụ = 3M ; N = 3N . Chứng tỏ rằng a / /b . Ví dụ 1: Hình 3.2 có M 1 2 1 2

Giải * Tìm cách giải Hai đường thẳng a và b tạo với cát tuyến c một cặp góc so le trong là

và N hoặc M và N . Do đó chỉ cần chứng tỏ M =N hoặc M 1 1 2 2 1 1 =N . M 2 2 * Trình bày lời giải

+M = 180° (hai góc kề bù). Ta có M 1 2 = 3M nên M = 180° : 4 = 45° . Mặt khác, M 1 2 2 +N = 180° và N = 3N ⇒N = 45° . Tương tự N 1 2 1 2 2 =N ( = 45°) . Suy ra a / /b (vì có cặp góc so le trong bằng nhau). Vậy M 2 2 = b° . Biết a° + b° = 180° , chứng tỏ rằng Ax / / By . A1 = a°; B Ví dụ 2: Hình 3.3 có: 2

Giải * Tìm cách giải

Trang 1

ở vị Hai tia Ax và By tạo với cát tuyến là đường thẳng AB cặp góc A1 và B 1 . trí đồng vị. Muốn chứng tỏ Ax / / By , chỉ cần chứng tỏ A1 = B 1 * Trình bày lời giải +B = 180° (hai góc kề bù). Suy ra B = 180° − B = 180° − b° . Ta có B 1 2 1 2

A1 = a° = 180° − b° . Mặt khác,

(1)

(2)

= A1 . Do đó Ax / / By (vì có cặp góc đồng vị bằng nhau). Từ (1) và (2) suy ra B 1 +B = . Chứng tỏ rằng a / /b . A2 + B Ví dụ 3: Hình 3.4 có A 1 1 2

Giải * Tìm cách giải

và B hoặc là cặp góc trong cùng phía của hai đường A2 và B Các góc A 1 1 2 thẳng a và b (đối với cát tuyến AB). Muốn chứng tỏ a / /b chỉ cần chứng tỏ +B = 180° (hoặc = 180° ). A A2 + B 1 1 2

* Trình bày lời giải

(

) (

) (

) (

)

+B + A +B = A +A + B +B = 360° . Ta có A 1 1 2 2 1 2 1 2 = (đề bài cho) nên A +B = 360° : 2 = 180° . A1 + B A2 + B Mà 1 2 1 1

Suy ra a / /b (vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau).

C. Bài tập vận dụng

Xác định các cặp góc so le trong, đồng vị, trong cùng phía 3.1. Xem hình 3.5 rồi cho biết góc nào so le trong, đồng vị, trong cùng phía: a) Với góc ADC; b) Với góc BAC.

Hướng dẫn giải (h.3.5) a) Xét hai đường thẳng AD và Bm, đối với cát tuyến Dx thì: - Góc DCm so le trong với góc ADC; - Góc BCx đồng vị với góc ADC; - Góc DCB trong cùng phía với góc ADC. b) Xét hai đường thẳng AB và Dx, đối với cát tuyến Ay thì: - Góc ACD so le trong với góc BAC; - Góc xCy đồng vị với góc BAC; - Góc Acx trong cùng phía với góc BAC.

Trang 2

Vận dụng cặp góc so le trong ; C =O . Chứng tỏ rằng AB / / CD . A=O 3.2. Hình 3.6 có 1 2

Hướng dẫn giải (h.3.6) Tìm cách giải Để chứng tỏ AB / / CD ta chứng tỏ một cặp góc so le trong bằng nhau. Ta

vì có thể dùng các góc O ,O làm trung nghĩ đến việc chứng tỏ A=C 1 2 gian.

Trình bày lời giải ; C =O (đề bài cho) mà O =O (đối đỉnh) nên A = C . Ta có A=O 1 2 1 2

Suy ra AB / / CD vì có cặp góc so le trong bằng nhau.

= 70°, C = 40° . Trên nửa mặt phẳng bờ AB có chứa C vẽ tia Ax sao cho 3.3. Cho tam giác ABC, A = 110° . Chứng tỏ rằng tia Ax / / BC . BAx Hướng dẫn giải (h.3.16)

+ CAx = BAx Tia AC nằm giữa hai tia AB và Ax nên BAC = 110° − 70° = 40° . ⇒ CAx =C ( = 40° ) . Do đó CAx Suy ra Ax / / BC vì có cặp góc so le trong bằng nhau.

= 130°, C = 50° . Vẽ tia AM là tia đối của tia AD. Biết tia AM là tia phân giác của 3.4. Hình 3.7 có BAD góc BAC. Chứng tỏ rằng AD / / CE .

Hướng dẫn giải (h.3.7)

Tìm cách giải Đề bài có cho hai tia đối nhau nên ta vận dụng tính chất của hai góc kề bù. Ngoài ra đề bài còn có tia phân giác nên trong hình vẽ có hai góc bằng nhau.

Trình bày lời giải

= 180° − 130° = 50° . Hai góc MAB và BAD kề bù nên MAB = MAB = 50° . Tia AM là tia phân giác của góc BAC nên MAC

Trang 3

=C ( = 50° ) ⇒ AD / / CE vì có cặp góc so le trong bằng nhau. Do đó MAC − 2B . Chứng tỏ rằng a / /b . A1 − 2 A2 = B 3.5. Hình 3.8 có 1 2

Hướng dẫn giải (h.3.8) +B ( = 180° ) ⇒ 2 + 2B A1 + A2 = B A1 + 2 A2 = 2 B Ta có 1 2 1 2 − 2B A1 − 2 A2 = B Mặt khác: 1 2

(1)

(2)

= 3B ⇒A =B Cộng từng vế các đẳng thức (1) và (2) được 3 A 1 1 1 1

⇒ a / /b vì có cặp góc so le trong bằng nhau.

3.6. Trong hình 3.9, góc ACE bằng trung bình cộng của hai góc C1 và C2 , đồng thời cũng bằng trung bình cộng của hai góc A và E. −C = = 20° . Chứng tỏ rằng AB / / CD và CD / / EF . A− E Biết C 1 2

Hướng dẫn giải (h.3.9) Tìm cách giải ; E và C . Muốn chứng tỏ AB / / CD và A và C Trong hình vẽ đã có các cặp góc so le trong là 2 1 =C và E =C . CD / / EF chỉ cần chứng tỏ A 1 2

Trình bày lời giải +C C 2 +C = 2 ACE . Ta có ACE = 1 ⇒C 1 2 2

+C + + Mặt khác C ACE = 360° nên 2 ACE ACE = 360° ⇒ ACE = 120° . 1 2 +C = 360° − 120° = 240° mà C −C = 20° nên C = 130°; C = 110° . Do đó C 1 2 1 2 1 2 +E A = 2 ⇒ Ta có ACE = A+ E ACE = 240° . 2

−E = 20° nên A = 130°; E = 110° . Lại có A ( = 130° ) ⇒ AB / / CD; E =C ( = 110° ) ⇒ CD / / EF vì có cặp góc so le trong bằng nhau. A=C Ta có 1 2

Vận dụng cặp góc đồng vị 2 −B = 100° . Hỏi Ax và By có song song với nhau không? 3.7. Trong hình 3.10 có A2 = A1 ; B 1 2 7

Trang 4

Hướng dẫn giải (h.3.10) 2 + 180°.2 = 40° . A2 = A Ta có A A2 = 180° mà 1 1 nên A2 = 7 9 +B = 180° mà B −B = 100° nên B = 40° . B 1 2 1 2 2

= 40° ⇒ Ax / / By vì có cặp góc đồng vị bằng nhau. A2 = B Vậy 2 +B = a°; B +B +A = b° , trong đó 180° < a° < 360° ; 180° < b° < 360° A1 + A 3.8. Trong hình 3.11 có 2 2 1 2 1 và a° + b° = 540° . Chứng tỏ rằng a / /b .

Hướng dẫn giải (h.3.11)

+ = a° ⇒ B = a° − 180° Ta có A A2 + B 1 2 2

(1)

+B + B A1 = b° ⇒ A1 = b° − 180° 1 2

(2)

+A = ( a° + b° ) − 360° = 540° − 360° = 180° . Từ (1) và (2), suy ra: B 2 1 = 180° (kề bù) nên B +A =A +A ( = 180° ) . Mặt khác A2 + A 1 2 1 2 1

= Suy ra B A2 . Do đó a / /b vì có cặp góc đồng vị bằng nhau. 2 −B . Chứng tỏ rằng a / /b . 3.9. Hình 3.12 có A2 − A1 = B 2 1

Hướng dẫn giải (h.3.12) Tìm cách giải Trong hình vẽ đã có những cặp góc đồng vị, cặp góc trong cùng phía. Từ điều kiện trong đề bài, ta có thể suy ra được tổng của hai góc trong cùng phía bù nhau, từ đó suy ra được hai đường thẳng song song.

Trình bày lời giải

=B −B , suy ra =B + Ta có A2 − A A2 + B A1 . 1 2 1 1 2 +B + = 180° . Mặt khác A2 + B A1 = 360° nên A2 + B 1 2 1 Suy ra a / /b vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau.

= 50°, E = 60° , góc C hơn góc C là 10° , góc C hơn góc ACE là 10° . Chứng tỏ 3.10. Hình 3.13 có A 1 2 2 rằng AB / / CD;CD / / EF .

Trang 5

Hướng dẫn giải (h.3.13) = m° + 10° và C = m° + 20° . Đặt ACE = m° thì C 2 1 +C +C = 360° do đó Ta có ACE 1 2

m° + ( m° + 10° ) + ( m° + 20° ) = 360° ⇒ 3m° + 30° = 360° ⇒ m° = 110° . = 120°; C = 130° . Vậy C 2 1 = 50° + 130° = 180° ⇒ AB / / CD; E +C = 60° + 120° = 180° ⇒ CD / / EF ; vì có cặp góc trong A+C Ta có 1 2 cùng phía bù nhau.

Vận dụng nhiều dấu hiệu song song =D = 105°; C = 75° . Chứng tỏ rằng AB / / CD và BC / / AD . 3.11. Trong hình 3.14 có A 1 1 1 Hướng dẫn giải (h.3.14)

=D = 105° (đối đỉnh); C =C = 75° (đối đỉnh). Ta có D 2 1 2 1 ( = 105° ) ⇒ AB / / CD vì có cặp góc đồng vị bằng nhau. A1 = D Vậy 2 +D = 75° + 105° = 180° ⇒ BC / / AD vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau. C 2 2 ; A = 3C và C = 45° . Hãy kể tên các cặp đường thẳng song song. A1 = 3B 3.12. Trong hình 3.15 có 1 1 1 1

Hướng dẫn giải (h.3.15) =C =1A . Suy ra Bx / / Cz vì có cặp góc so le trong bằng nhau. Ta có B 1 1 1 3

=C = 45° ⇒ A = 135° . Vậy B +A = 45° + 135° = 180° . Ta có B 1 1 1 1 1 Suy ra Bx / / Ay vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau.

và C kề bù ⇒ C = 180° − C = 135° . Vậy C =A = 135° . Ta có C 1 2 2 1 2 1 ⇒ Ay / / Cz vì có cặp góc đồng vị bằng nhau.

Trang 6

= 70°; B = 55° . Trên tia đối của tia AB lấy điểm M. Vẽ tia Mx trên nửa mặt 3.13. Cho tam giác ABC, A = 55° . Vẽ tia Ay là tia phân giác của góc CAM. Chứng tỏ rằng phẳng bờ MB không chứa C sao cho BMx Mx / / BC và Ay / / BC .

Hướng dẫn giải (h.3.17)

=B = 55° . Suy ra Mx / / BC vì có cặp góc so le trong bằng nhau. Ta có BMx + CAB = 180° (hai góc kề bù) Ta có CAM = 180° − 70° = 110° . CAM Tia Ay là tia phân giác của góc CAM

=A = 55° , do đó A =B = 55° . ⇒A 1 2 1 Suy ra Ay / / BC vì có cặp góc đồng vị bằng nhau.

Trang 7

Chương I. HAI ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG. Chuyên đề 4. TIÊN ĐỀ Ơ-CLÍT. TÍNH CHẤT CỦA HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG. A. Kiến thức cần nhớ 1. Tiên đề Ơ-clít: Qua một điểm ở ngoài một đường thẳng chỉ có một đường thẳng song song với đường thẳng đó. Trong hình 4.1, đường thẳng m đi qua O và song song với a là duy nhất. 2. Tính chất của hai đường thẳng song song Nếu một đường thẳng cắt hai đường thẳng song song thì: a) Hai góc so le trong bằng nhau; b) Hai góc đồng vị bằng nhau; c) Hai góc trong cùng phía bù nhau. 3. Quan hệ giữa tính vuông góc với tính song song a) Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thứ ba thì chúng song song với nhau (h.4.2); b) Một đường thẳng vuông góc với một trong hai đường thẳng song song thì nó cũng vuông góc với đường thẳng kia (h.4.2);

c) Hai đường thẳng phân biệt cùng song song với một đường thẳng thứ ba thì chúng song song với nhau (h.4.3). B. Một số ví dụ

= 75°; B = 60° . Trên nửa mặt phẳng bờ BC có chứa A vẽ các tia Cx và Cy Ví dụ 1: Cho tam giác ABC, A = 75°; BCy = 120° . Chứng tỏ rằng các tia Cx và Cy trùng nhau. sao cho ACx Giải (h.4.4) * Tìm cách giải Để chứng tỏ hai tia Cx và Cy trùng nhau ta chứng tỏ hai đường thẳng chứa hai tia đó trùng nhau, đồng thời hai tia này cùng nằm trên một nửa mặt phẳng bờ BC. * Trình bày lời giải Ta có ACx = A = 75° ⇒ Cx / / AB (vì có cặp góc so le trong bằng nhau). (1) Trang 1

+B = 120° + 60° = 180° Ta có BCy ⇒ Cy / / AB (vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau).

(2)

Từ (1) và (2), theo tiên đề Ơ-clít, ta có hai đường thẳng Cx và Cy trùng nhau. Mặt khác, hai tia Cx và Cy cùng nằm trên một nửa mặt phẳng bờ BC có chứa A nên hai tia này trùng nhau.

−B = 30° . Tính số đo các góc . A2 và B Ví dụ 2: Hình 4.5 có a / /b và A 2 1 1 Giải * Tìm cách giải so le trong với các góc nên chỉ cần tính là có thể suy ra . A2 , B A1 , B A1 , B A2 và B Vì a / /b và 2 1 1 2 * Trình bày lời giải

+B = 180° (cặp góc trong cùng phía). Ta có a / /b nên A 1 1 −B = 30° (đề bài) nên A = (180° + 30° ) : 2 = 105° và Mặt khác, A 1 1 1 = 180° − 105° = 75° . B 1 = 75° (cặp góc so le trong); B = Suy ra A2 = B A1 = 105° (cặp góc so le trong). 1 2

=B và x = 3 y . Ví dụ 3: Tính các số đo x, y trong hình 4.6, biết A1 = A2 ; B 1 2 7 Giải * Tìm cách giải Nếu chứng minh được a / / b thì sẽ tìm được x và y (đây là bài toán tìm hai số khi biết tổng và tỉ số). * Trình bày lời giải

+ (đề bài) nên Ta có A A1 = A A2 = 180° (kề bù) mà 2 1 = 180° : 2 = 90° . A 1 Suy ra AB ⊥ a . Tương tự AB ⊥ b . Do đó a / / b (cùng vuông góc với AB). Ta có x + y = 180° (cặp góc trong cùng phía) mà x =

3 180 × 3 y nên x = = 54°; y = 126° . 7 10

= 30°; B = 70°; Ví dụ 4: Hình 4.7 có A AOB = 100° . Chứng tỏ rằng Ax / / By .

Giải * Tìm cách giải Ta phải chứng minh hai đường thẳng Ax và By song song. Giữa hai đường thẳng này chưa có một đường thẳng thứ ba cắt chúng nên chưa thể vận dụng

Trang 2

dấu hiệu nhận biết nào để chứng minh chúng song song. Ta sẽ vẽ thêm một đường thẳng thứ ba làm trung gian rồi dùng dấu hiệu: hai đường thẳng phân biệt cùng song song với một đường thẳng thứ ba thì song song. * Trình bày lời giải (h.4.8)

Ở trong góc AOB, vẽ tia Ot / / Ax . Khi đó AOt = A = 30° (cặp góc so le trong).

= 100° − 30° = 70° . Suy ra BOt

= BOt (= 70°) . Vậy B Do đó By / / Ot (vì có cặp so le trong bằng nhau). Từ đó suy ra Ax / / By (vì cùng song song với Ot).

C. Bài tập vận dụng

Tiên đề Ơ-clít 4.1. Cho tam giác ABC. Vẽ điểm M sao cho góc BAM bằng và so le trong với góc B. Vẽ điểm N sao góc CAN bằng và so le trong với góc C. Chứng tỏ rằng ba điểm M, A, N thẳng hàng.

Hướng dẫn giải (h.4.19)

=B suy ra AM / / BC (vì có cặp góc so le trong bằng Ta có BAM nhau).

=C suy ra AN / / BC (vì có cặp góc so le trong bằng nhau). CAN Theo tiên đề Ơ-clít qua điểm A chỉ có một đường thẳng song song với BC, do đó ba điểm M, A, N thẳng hàng.

4.2. Qua điểm A ở ngoài đường thẳng a vẽ 101 đường thẳng. Chứng tỏ rằng ít nhất cũng có 100 đường thẳng cắt a.

Hướng dẫn giải (h.4.20) Giả sử trong số 101 đường thẳng vẽ qua A có chưa đến 100 đường thẳng cắt a. Suy ra ít nhất cũng còn hai đường thẳng không cắt a. Hai đường thẳng này cùng đi qua A và cùng song song với a. Điều này vô lí vì nó trái với tiên đề Ơ-clít. Vậy điều giả sử là sai, do đó qua A có ít nhất 100 đường thẳng cắt a.

4.3. Cho điểm O ở ngoài đường thẳng xy. Qua O vẽ n đường thẳng. Xác định giá trị nhỏ nhất của n để trong số các đường thẳng đã vẽ, ít nhất cũng có 10 đường thẳng cắt xy.

Hướng dẫn giải Trong số n đường thẳng đã vẽ, nhiều nhất là có một và chỉ một đường thẳng song song với xy. Do đó muốn có ít nhất 10 đường thẳng cắt xy thì số đường thẳng phải vẽ ít nhất là 11. Vậy n = 11 .

Trang 3

Tính chất hai đường thẳng song song 4.4. Cho tam giác ABC. Từ điểm D trên cạnh BC vẽ DE / / AB, DF / / AC ( E ∈ AC , F ∈ AB ) . a) Kể tên những góc ở trong hình vẽ bằng góc A;

+C = 110° , tính số đo góc A. b) Giả sử B Hướng dẫn giải (h.4.21)

=A (cặp góc đồng vị); DF / / AC nên BFD =A (cặp góc đồng vị). a) Ta có DE / / AB nên DEC = FDE (so le trong của DE / / AB ) Mặt khác BFD

= BFD = FDE . Suy ra A = DEC =B (cặp góc đồng vị của DE / / AB ); D =C (cặp góc so b) Ta có D 2 1 le trong của DF / / AC );

+D =B +C = 110° . Suy ra FDE = 180° − 110° = 70° . Do đó D 1 2 = 70° (vì ). A = FDE Vậy A 4.5. Cho tam giác ABC. Từ điểm M trên cạnh BC vẽ MD / / AB, ME / / AC ( D ∈ AC , E ∈ AB ) . Xác định vị trí của điểm M để tia MA là tia phân giác của góc DME.

Hướng dẫn giải (h.4.22) (cặp góc so le trong); ME / / AC A1 = M Ta có MD / / AB suy ra 1 (cặp góc so le trong). A2 = M suy ra 2 Tia MA nằm giữa hai tia MD và ME. Do đó tia MA là tia phân giác của góc DME.

=M ⇔ ⇔M A1 = A2 ⇔ M là giao điểm của BC với tia phân giác 1 2 của góc A.

= m° ( m < 90 ) ; 4.6. Hình 4.9 có C ABC = 180° − 2m° và Bx / / AC . Chứng minh rằng tia Bx là tia phân giác của góc Aby.

Hướng dẫn giải (h.4.9) ABy = 180° − (180° − 2m° ) = 2m° . Ta có ABC = 180° − 2m° nên

=C = m° (cặp góc đồng vị); suy ra Mặt khác Bx / / AC nên xBy = m° . ABx = 2m° − m° = m° . Vậy ABx = xBy Tia Bx nằm giữa hai tia BA và By.

(1)

(2)

Từ (1) và (2) suy ra tia Bx là tia phân giác của góc ABy.

Trang 4

Vận dụng dấu hiệu nhận biết và tính chất của hai đường thẳng song song =D . Chứng tỏ rằng b ⊥ m . 4.7. Hình 4.10, ngoài những số đo đã ghi còn biết D 1 2

Hướng dẫn giải (h.4.10)

= 60° . Ta có ACD = 180° − 120° = 60° . Vậy ACD = BAa Suy ra m / / n (vì có cặp góc đồng vị bằng nhau).

+D = 180° mà D =D nên D = 90° . Ta có D 1 2 1 2 1 Suy ra b ⊥ n do đó b ⊥ m (vì m / / n ).

= m°; OCD = 50° . Tìm giá trị m để tia 4.8. Hình 4.11 có AB ⊥ AC , CD ⊥ AC và OE ⊥ AC . Biết OAB

OE là tia phân giác của góc AOC.

Hướng dẫn giải (h.4.11) Ta có AB ⊥ AC ; CD ⊥ AC ; OE ⊥ AC (đề bài). Suy ra AB / / CD / / OE (cùng vuông góc với AC).

= m° (cặp góc so le trong); EOC = OCD = 50° (cặp góc so le trong). AOE = OAB Do đó ⇔ m = 50 . Tia OE nằm giữa hai tia OA và OC nên tia OE là tia phân giác của góc AOC ⇔ AOE = EOC

= 3. AEF . Các tia Em và Fn lần lượt là các tia phân giác của các góc AEF = 45°, EFC 4.9. Hình 4.12 có AEF và EFD. Chứng tỏ rằng Em / / Fn .

Hướng dẫn giải (h.4.12)

= 45° + 45°.3 = 180° . Ta có AEF + EFC Suy ra AB / / CD (vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau).

(cặp góc so le trong). AEF = EFD Do đó

Trang 5

=F , dẫn tới Em / / Fn (vì có cặp góc so le trong bằng nhau). =1 = 1 EFD nên E Mặt khác E AEF ; F 1 1 1 1 2 2

và Ax / / Bm . Chứng tỏ rằng Ay / / Bn . 4.10. Hình 4.13 có A = B Hướng dẫn giải (h.4.23) Gọi C là giao điểm của hai đường thẳng Ay và Bm. Ta có Ax / / Bm nên A= ACm (cặp góc so le trong).

( )

nên =A . Mặt khác, A = mBn ACm = mBn Do đó Ay / / Bn (vì có cặp góc đồng vị bằng nhau).

= a°; B = b° ( a, b < 90 ) và 4.11. Hình 4.14 có A AOB = a° + b° . Chứng tỏ rằng Ax / / By .

Hướng dẫn giải (h.4.24) Ở trong góc AOB vẽ tia Ot / / Ax . Khi đó AOt = A = a° (cặp góc so le trong).

= b° . Vậy BOt =B ( = b° ) . Suy ra BOt Do đó By / / Ot (vì có cặp góc so le trong bằng nhau). Vậy Ax / / By (vì cùng song song với Ot).

= m°; C = n° ( 90 < m, n < 180 ) ; AOC = 360° − ( m° + n° ) . Chứng tỏ rằng AB / / CD . 4.12. Hình 4.15 có A

Hướng dẫn giải (h.4.25) Trong góc AOC vẽ tia Ot sao cho Ot / / AB .

+ AOt = 180° (cặp góc trong cùng phía). Khi đó A Suy ra AOt = 180° − m° .

= AOC − AOt = 360° − ( m° + n° ) − (180° − m° ) = 180° − n° Do đó COt + COt = n° + (180° − n° ) = 180° . Vậy C Suy ra CD / / Ot (vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau). Do đó AB / / CD (vì cùng song song với Ot).

Trang 6

= 130°, C = 140° và OA ⊥ OB . Chứng tỏ rằng 4.13. Hình 4.16 có A AB / / CD .

Hướng dẫn giải (h.4.26) Vì OA ⊥ OC nên AOC = 90° . Trong góc AOC vẽ tia Ot sao cho

Ot / / AB .

+ Khi đó A AOt = 180° (cặp góc trong cùng phía). Suy ra AOt = 180° − 130° = 50° .

= 40° . Vì AOC = 90° nên COt + COt = 140° + 40° = 180° . Ta có C Do đó CD / / Ot (vì có cặp góc trong cùng phía bù nhau). Suy ra AB / / CD (vì cùng song song với Ot).

4.14. Cho góc AOB. Trên tia OA lấy điểm M, trên tia OB lấy điểm N. Vẽ ra ngoài góc AOB các tia Mx và

= 150° , tính số đo của góc AOB. Ny song song với nhau. Cho biết AMx = 140°, BNy Hướng dẫn giải (h.4.27) = 40° . Vì AMx = 140° nên M 1

= 150° nên N = 30° . Vì BNy 2 Ở trong góc AOB vẽ tia Ot / / Mx , khi đó Ot / / Ny (vì Mx / / Ny ).

=M = 40° (cặp góc so le trong). Ta có O 1 1 =N = 30° (cặp góc so le trong). O 2 2 +O = 40° + 30° = 70° . Suy ra AOB = O 1 2 = 145° . Tính số đo góc B. 4.15. Hình 4.17 có Ax / / By; OA ⊥ OB và A

Hướng dẫn giải (h.4.28) Ở trong góc AOB vẽ tia Ot / / Ax . Khi đó Ot / / By (vì Ax / / By ).

AOB = 90° . Ta có OA ⊥ OB nên Trang 7

+O = 180° (cặp góc trong cùng phía) nên O = 180° − 145° = 35° . Mặt khác A 1 1 = 90° − 35° = 55° . Suy ra O 2 +B = 180° (cặp góc trong cùng phía của Ot / / By ). Ta có O 2 = 180° − 55° = 125° . Do đó B 4.16. Trong hình 4.18 có Ax / / By . Tính số đo của góc AOB. Hướng dẫn giải (h.4.29) Trên nửa mặt phẳng bờ OB có chứa tia By vẽ tia Ot / / By . Khi đó Ot / / Ax (vì Ax / / By ).

+ BOt = 180° (cặp góc trong cùng phía). Ta có OBy = 180° − 150° = 30° . Suy ra BOt = 50° (cặp góc so le trong). Ta có AOt = OAx Từ đó AOB = 50° − 30° = 20° .

Trang 8

Chương I. HAI ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG. Chuyên đề 5. ĐỊNH LÍ A. Kiến thức cần nhớ 1. Định lí Định lí là một khẳng định suy ra từ những khẳng định được coi là đúng. Mỗi định lí đều có hai phần: - Phần đã cho gọi là giả thiết của định lí. - Phần phải suy ra gọi là kết luận của định lí. Khi định lí được phát biểu dưới dạng “Nếu A thì B” thì A là giả thiết; B là kết luận. 2. Chứng minh định lí là dùng lập luận để từ giả thiết suy ra kết luận. 3. Hệ quả là một định lí được suy ra trực tiếp từ một định lí hoặc từ một tính chất được thừa nhận. 4. Định lí thuận, định lí đảo Xét định lí “Nếu A thì B” có mệnh đề đảo là “Nếu B thì A”. Nếu mệnh đề đảo này đúng thì mệnh đề đảo được gọi là định lí đảo của định lí đã cho và định lí đã cho gọi là định lí thuận. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Định lí “Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau” có định lí đảo không? Giải Định lí “Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau” có mệnh đề đảo là “Hai góc bằng nhau thì đối đỉnh”. Mệnh đề đảo này sai. Ví dụ, xét góc AOB, tia phân giác OM (h.5.1). Rõ ràng hai góc AOM và BOM bằng nhau nhưng không đối đỉnh vì mỗi cạnh của góc này không là tia đối một cạnh của góc kia. Vậy định lí “Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau” không có định lí đảo. Nhận xét: Một ví dụ chứng tỏ một mệnh đề nào đó là sai gọi là một phản ví dụ. Như vậy ta đã dùng phương pháp đưa ra một phản ví dụ để chứng tỏ mệnh đề “Hai góc bằng nhau thì đối đỉnh” là sai. Ví dụ 2: Chứng minh định lí: “Nếu hai góc có cạnh tương ứng song song thì bằng nhau nếu hai góc cùng nhọn hoặc cùng tù”. Giải (h.5.2) GT

và x ′O′y′ cùng nhọn (tù) xOy Ox / / O′x′; Oy / / O′y′

KL

= x ′O′y′ xOy

* Tìm cách giải

=O ′ ta chứng minh chúng cùng bằng một góc thứ ba. Để chứng minh O Trang 1

Dựa vào giả thiết có các cặp đường thẳng song song, ta nghĩ đến việc vận dụng tính chất của hai đường thẳng song song để tìm ra các cặp góc bằng nhau. * Trình bày lời giải Gọi K là giao điểm của các đường thẳng Ox và O′y′ . = xKy ′ (cặp góc đồng vị); Vì O′y′ / / Oy nên O

′ = xKy ′ (cặp góc đồng vị). Vì O′x′ / / Ox nên O =O ′ (cùng bằng xKy ′ ). Do đó O Nhận xét: Người ta cũng chứng minh được rằng: Nếu hai góc có cạnh tương ứng song song thì: - Chúng bù nhau nếu góc này nhọn, góc kia tù; - Góc này vuông thì góc kia vuông.

Ví dụ 3: Chứng minh định lí: “Nếu hai góc có cạnh tương ứng vuông góc thì chúng bằng nhau nếu hai góc cùng nhọn hoặc cùng tù”.

Giải (h.5.3) GT

và x ′O′y′ cùng nhọn (tù) xOy Ox ⊥ O′x′; Oy ⊥ O′y′

KL

= x ′O′y′ xOy

* Tìm cách giải

= x ′O′y′ ta chứng minh chúng cùng bằng một góc Để chứng minh xOy thứ ba. Để tạo ra góc thứ ba này ta vẽ O′m / / Ox và O′n / / Oy , hai tia này cùng thuộc một nửa mặt phẳng bờ O′x′ (h.5.4). Khi đó theo định lí “Nếu hai góc có cạnh tương ứng song song thì chúng bằng nhau nếu hai góc cùng nhọn hoặc cùng tù” ta được

= mO ′n . Ta chỉ còn phải chứng minh x ′O′y′ = mO ′n . xOy * Trình bày lời giải

Trường hợp hai góc đều nhọn

′x′ = 90° . Vẽ O′m / / Ox và O′n / / Oy . Vì O′x′ ⊥ Ox nên O′x′ ⊥ O′m do đó mO

′y′ = 90° . Vì O′y′ ⊥ Oy nên O′y′ ⊥ O′n do đó nO ′O′y′ = mO ′n (cùng phụ với x ′O′n ). Từ (1) và (2), suy ra: x

(2) (3)

= mO ′n (hai góc có cạnh tương ứng song song cùng nhọn). Mặt khác, xOy

(

(1)

(4)

)

= x ′O′y′ = mO ′n . Từ (3) và (4), suy ra: xOy Trang 2

Trường hợp hai góc đều tù: Chứng minh tương tự. Nhận xét: Người ta cũng chứng minh được rằng: Nếu hai góc có cạnh tương ứng vuông góc thì: - Chúng bù nhau nếu góc này nhọn, góc kia tù; - Góc này vuông thì góc kia vuông.

C. Bài tập vận dụng 5.1. Cho góc bẹt AOB. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB, vẽ các tia OC và OD sao cho

< 90° . Vẽ tia OM ở trong góc COD. Chứng minh rằng OM ⊥ AB khi và chỉ khi OM là tia AOC = BOD phân giác của góc COD.

Hướng dẫn giải (h.5.6) Tìm cách giải Với cấu trúc khi và chỉ khi ta phải chứng minh hai mệnh đề thuận và đảo sau: - Mệnh đề thuận: Nếu OM ⊥ AB thì OM là tia phân giác của góc COD. - Mệnh đề đảo: Nếu OM là tia phân giác của góc COD thì OM ⊥ AB .

Trình bày lời giải

= 90° . - Chứng minh mệnh đề thuận: OM ⊥ AB (gt) suy ra AOM = BOM = BOD + DOM (vì tia OC nằm giữa hai tia OA, OM; tia OD nằm giữa hai tia OB và AOC + COM Do đó OM).

(gt) nên COM = DOM . Mặt khác AOC = BOD

(1)

Tia OM nằm giữa hai tia OC và OD.

(2)

Từ (1) và (2) suy ra tia OM là tia phân giác của góc COD. - Chứng minh mệnh đề đảo:

= DOM . OM là tia phân giác của góc COD (gt). Suy ra COM (gt) nên = BOD + DOM . Mặt khác AOC = BOD AOC + COM (vì tia OC nằm giữa hai tia OA, OM; tia OD nằm giữa hai tia OB, OM). Do đó AOM = BOM = 180° (hai góc kề bù) nên Lại có AOM + BOM AOM = 180° : 2 = 90° . Suy ra OM ⊥ AB .

5.2. Cho định lí: “Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thứ ba thì chúng song song với nhau”. Hãy phát biểu định lí đảo và chứng minh.

Hướng dẫn giải (h.5.7) Phát biểu định lí đảo: Một đường thẳng vuông góc với một trong hai đường song song thì nó cũng vuông góc với đường thẳng kia.

Trang 3

GT

KL

a / /b c⊥a c⊥b

Chứng minh

(cặp góc đồng vị). A1 = B Ta có a / / b (gt) suy ra 1 = 90° . Do đó B = 90° . Suy ra c ⊥ b . Mặt khác, c ⊥ a (gt) nên A 1 1 * Nhận xét: Ta có thể viết gộp cả định lí thuận và định lí đảo của định lí trên như sau:

a⊥c

b ⊥ c ⇔ a / /b Kí hiệu ⇔ đọc là “khi và chỉ khi”. Kí hiệu này có nghĩa là mệnh đề ở bên trái suy ra được mệnh đề ở bên phải và ngược lại.

5.3. Cho định lí: “Hai tia phân giác của hai góc kề thì vuông góc với nhau”. Hãy viết giả thiết, kết luận của định lí đảo của định lí này rồi chứng minh.

Hướng dẫn giải (h.5.8)

kề bù AOB và BOC GT

OM là tia phân giác của AOB ON nằm trong góc BOC

OM ⊥ ON . KL

. ON là tia phân giác của BOC

Chứng minh

= 90° . Ta có OM ⊥ ON (gt) nên MON +O = MON = 90° . Tia OB nằm giữa hai tia OM và ON nên O 2 3

kề bù nên = 180° . Vì AOB và BOC AOB + BOC

+O +O +O = 180° . Do đó O 1 2 3 4 +O = 90° (chứng minh trên) nên O +O = 90° . Mặt khác, O 2 3 1 4 +O =O +O mà O =O (gt) nên O =O . Suy ra O 2 3 1 4 1 2 3 4

(1)

Tia ON nằm giữa hai tia OB và OC. (2) Từ (1) và (2) suy ra tia ON là tia phân giác của góc BOC.

5.4. Bác bỏ các mệnh đề sau bằng cách đưa ra phản ví dụ: a) Tổng số đo của hai góc nhọn bằng số đo của một góc tù; b) Tổng số đo của một góc nhọn và một góc tù bằng số đo của góc bẹt. Trang 4

Hướng dẫn giải

= 30°; B = 40° a) A +B = 70° < 90° (không phải là số đo của một góc tù). ⇒A

= 30°; D = 100° ⇒ C +D = 130° ≠ 180° . b) C 5.5. Điền vào các chỗ trống:

+O = 90° và B +O = 90° . Suy ra……………. (vì………………………….). a) Cho A =B ′ . Suy ra A =B ⇔ …………… (vì………………………….). A= A′ và B b) Cho

Hướng dẫn giải (vì cùng phụ với góc O). a) Suy ra A= B ′ (vì cùng bằng hai góc bằng nhau). A′ = B b)

5.6. Điền vào các chỗ trống: a) Cho AB = CD . Suy ra 3 AB ……… 3CD (vì………………………..). b) Cho AB = CD và MN = PQ . Suy ra AB + MN ……….. CD + PQ (vì………………………….).

Hướng dẫn giải a) “=” (vì gấp ba lần hai đoạn thẳng bằng nhau thì được hai đoạn thẳng bằng nhau). b) “=” (vì thêm những đoạn thẳng bằng nhau vào những đoạn thẳng bằng nhau thì tổng bằng nhau).

5.7. Chứng minh định lí: “Nếu một đường thẳng cắt hai đường thẳng song song thì hai góc so le trong bằng nhau”.

Hướng dẫn giải (h.5.9) a / /b

GT

KL

và B là cặp góc so le trong. A 1 1 . A1 = B 1

Chứng minh không bằng nhau. A1 và B Giả sử các góc 1 =B . Qua A vẽ đường thẳng xy tạo với đường thẳng c góc xAB 1

Khi đó theo dấu hiệu nhận biết hai đường thẳng song song ta được xy / / b . Mặt khác, a / / b (gt) nên qua A có hai đường thẳng song song với b trái với tiên đề Ơ-clít. Do đó xy phải trùng với đường thẳng a.

=B hay . A1 = B Suy ra xAB 1 1 là hai góc có cạnh tương ứng song song. Tính số đo các góc A và B, biết: A và B 5.8. Cho

+B = 130° ; a) A

−B = 100° . b) A Trang 5

Hướng dẫn giải

+B = 130° ≠ 180° thì hai góc A và B phải bằng nhau. a) Nếu A =B = 130° : 2 = 65° . Vậy A −B = 100° thì , do đó A +B = 180° . A≠ B b) Nếu A = (180° + 100° ) : 2 = 140°; B = 180° − 140° = 40° . Suy ra A

5.9. Cho hai góc có cạnh tương ứng song song cùng nhọn hoặc cùng tù. Biết hai tia phân giác của chúng không cùng nằm trên một đường thẳng. Chứng minh rằng hai tia phân giác này song song với nhau.

Hướng dẫn giải (h.5.10)

cùng nhọn (tù) AOB và CKD GT

OA / / KC ; OB / / KD =O ; K =K O 1 2 1 2

KL

Ox / / Ky .

Chứng minh Hai góc AOB và CKD là hai góc có cạnh tương ứng song song

. AOB = CKD cùng nhọn hoặc cùng tù nên = 1 AOB ; K = 1 COD . Tia Ox là tia phân giác của góc AOB; tia Ky là tia phân giác của góc CKD nên O 1 1 2 2

=K (một nửa của hai góc bằng nhau). Suy ra O 1 1

(

)

=K (cặp góc so le trong của OB / / KD ) nên O =H =K . Mặt khác, H 1 1 1 1 1 Do đó Ox / / Ky (vì có cặp góc so le trong bằng nhau).

5.10. Cho điểm M và hai đường thẳng AB, CD cắt nhau tại một điểm O ở ngoài phạm vi tờ giấy (h.5.5). Hãy nêu cách vẽ một đường thẳng qua M và vuông góc với tia phân giác của góc AOC.

Hướng dẫn giải (h.5.11) Từ M vẽ các tia Mx / / AB, My / / CD và tia Mt là tia phân giác của góc xMy. Qua M vẽ đường thẳng d ⊥ Mt , khi đó d ⊥ tia phân giác của góc AOC. Thật vậy, các góc xMy và AOC là các góc có cạnh tương ứng song song, cùng nhọn nên các tia phân giác của chúng song song với nhau (xem bài 5.9). Mặt khác, d ⊥ Mt trên d ⊥ tia phân giác của góc AOC.

Trang 6

5.11. Cho 10 đường thẳng trong đó không có hai đường thẳng nào song song. Chứng minh rằng tồn tại hai đường thẳng tạo với nhau một góc nhỏ hơn hoặc bằng 18° .

Hướng dẫn giải (h.5.12) Gọi 10 đường thẳng đã cho là a1 , a2 ,..., a10 . Từ một điểm O bất kì vẽ 10 đường thẳng d1 , d 2 ,..., d10 tương ứng song song với 10 đường thẳng đã cho. Vì trong 10 đường thẳng đã cho không có hai đường thẳng nào song song nên 10 đường thẳng d1 , d 2 ,..., d10 cũng không có hai đường thẳng nào trùng nhau. 10 đường thẳng này cắt nhau tại O tạo thành 20 góc không có điểm trong chung nên tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 360° : 20 = 18° . Góc này bằng góc có cạnh tương ứng song song với nó. Vậy trong 10 đường thẳng đã cho, tồn tại hai đường thẳng tạo với nhau một góc nhỏ hơn hoặc bằng 18° .

Trang 7

Chương I. HAI ĐƯỜNG THẲNG VUÔNG GÓC. HAI ĐƯỜNG THẲNG SONG SONG. Chuyên đề 6. CHỨNG MINH BẰNG PHẢN CHỨNG A. Kiến thức cần nhớ Khi giải bài 5.7 trong chuyên đề 5 ta đã dùng phương pháp chứng minh bằng phản chứng. Phương pháp này thuộc loại chứng minh gián tiếp. Để chứng minh mệnh đề A là đúng ta chứng minh phủ định của A là sai. Nội dung chứng minh bằng phản chứng gồm ba bước: - Bước 1 (phủ định kết luận): Giả sử điều trái với kết luận của bài toán. - Bước 2 (đi đến mâu thuẫn): Từ điều giả sử ở trên và từ các điều đã biết (giả thiết, tiên đề, định lí,…) ta suy ra một điều vô lí (trái với giả thiết, trái với các kiến thức đã biết hoặc hai điều mâu thuẫn nhau). - Bước 3 (khẳng định kết luận): Vậy điều giả sử là sai, điều phải chứng minh là đúng. Chú ý: Trong bước 1 ta phải phủ định điều phải chứng minh. Phủ định của “có A” là “không có A”. Phủ định của “không có B” là “có B”. Ví dụ: Phủ định của “ba điểm A, B, C thẳng hàng” là “ba điểm A, B, C không thẳng hàng”. Phủ định của m > n là m ≤ n (tức là m < n hoặc m = n ). Trong bước 2, nhất thiết phải suy ra được một điều mâu thuẫn với điều đã cho, đã biết. Nếu không thì chưa thể khẳng định được điều giả sử ở bước 1 là sai. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho 12 đường thẳng cắt nhau tại O tạo thành một số góc không có điểm trong chung. Chứng minh rằng trong các góc đó có ít nhất hai góc có số đo không vượt quá 15° . Giải (h.6.1) * Tìm cách giải

Dễ thấy tổng số đo các góc không có điểm trong chung đúng bằng 360° . Vì vậy ta chỉ cần biết có bao nhiêu góc không có điểm trong chung được tạo thành. * Trình bày lời giải

12 đường thẳng cắt nhau tại O tạo thành 24 góc đỉnh O không có điểm trong chung. Tổng số đo các góc bằng 360° nên phải tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 360° : 24 = 15° . Ta chứng minh điều này bằng phản chứng. Giả sử mỗi góc đó đều lớn hơn 15° thì tổng của chúng lớn hơn: 15°.24 = 360° (vô lí). Vậy trong số các góc đó tồn tại một góc không vượt quá 15° . Góc này bằng góc đối đỉnh với nó nên tồn tại hai góc không vượt quá 15° .

Trang 1

= n° , với m + n < 90 . Chứng minh rằng Ax và By không song Ví dụ 2: Hình 6.2 có OA ⊥ OB, A = m°, B song.

Giải (h.6.3) * Tìm cách giải Bài toán yêu cầu chứng minh Ax và By không song song. Nếu ta dùng phương pháp phản chứng, giả sử

Ax / / By thì có thể vận dụng định lí về tính chất của hai đường thẳng song song để giải. Tuy nhiên, giữa Ax và By chưa có một cát tuyến nào nên ta vẽ tia Ot ở trong góc AOB sao cho Ot / / Ax thì Ot / / By . Khi

và O rất thuận lợi trong việc liên hệ với góc AOB cho trước. đó các góc A, góc B lần lượt bằng O 1 2 * Trình bày lời giải Giả sử Ax / / By . Trong góc AOB vẽ tia Ot / / Ax thì Ot / / By (vì Ax / / By ).

=A = m° (hai góc so le trong); O =B = n° (hai góc so le trong). Ta có O 1 2 +O = m ° + n° . Do đó O 1 2 +O = Mặt khác, O AOB; m + n < 90 nên AOB < 90° . 1 2

Điều này mâu thuẫn với AOB = 90° (vì OA ⊥ OB ). Vậy điều giả sử là sai, suy ra Ax và By không song song.

< Ví dụ 3: Cho góc tù xOy, tia Ot ở trong góc đó sao cho xOt yOt . Trên tia Ox lấy điểm A. Qua A vẽ đường thẳng m ⊥ Ox . Chứng minh rằng các đường thẳng Ot và m cắt nhau. Giải (h.6.4) * Tìm cách giải

Điều phải chứng minh là các đường thẳng Ot và m cắt nhau. Muốn chứng minh bằng phản cứng ta giả sử Ot / / m , từ đó suy ra Ot ⊥ Ox do đó

= 90° . xOt < 90° . Để đưa đến mâu thuẫn ta chỉ cần chứng minh xOt * Trình bày lời giải Giả sử các đường thẳng Ot và m không cắt nhau. Suy ra Ot / / m .

= 90° . Mặt khác, Ox ⊥ m (gt) nên Ox ⊥ Ot do đó xOt

(*)

+ < 180° mà xOt < < 90° , mâu thuẫn với (*). Ta có xOt yOt nên xOt yOt = xOy Trang 2

Vậy điều giả sử là sai, do đó các đường thẳng Ot và m phải cắt nhau.

= COA . Ví dụ 4: Cho ba tia phân biệt OA, OB, OC sao cho AOB = BOC Chứng minh rằng trong ba tia đã cho không có tia nào nằm giữa hai tia còn lại.

Giải (h.6.5) * Tìm cách giải

Để giải ví dụ này bằng phương pháp phản chứng, ta giả sử trong ba tia đã cho có một tia nằm giữa hai tia còn lại rồi dùng tính chất cộng số đo các góc dẫn đến kết quả có hai tia trùng nhau, trái giả thiết. * Trình bày lời giải Giả sử trong ba tia OA, OB, OC có một tia nằm giữa hai tia còn lại. Không làm giảm tính tổng quát, ta sử giả tia OB nằm giữa hai tia OA, OC.

= Khi đó ta có AOB + BOC AOC . = AOB = BOC AOC nên AOB + AOB = AOB do đó Nhưng do AOB = 0° , suy ra hai tia OA, OB trùng nhau, trái giả thiết. Vậy điều giả sử là sai, suy ra trong ba tia đã cho không có tia nào nằm giữa hai tia còn lại.

C. Bài tập vận dụng

Chứng minh hai đường thẳng cắt nhau 6.1. Chứng minh định lí: Nếu một đường thẳng cắt một trong hai đường thẳng song song thì nó cũng cắt đường thẳng kia. Hướng dẫn giải (h.6.9) Cho a / / b , c cắt a tại O. Ta phải chứng minh c cắt b. Giả sử c không cắt b thì c / / b . Như vậy qua điểm O có hai đường thẳng là a và c cùng song song với b, trái với tiên đề Ơ-clít. Vậy điều giả sử là sai, suy ra c cắt b.

6.2. Cho hai đường thẳng a và b vuông góc với nhau tại O. Chứng minh rằng nếu đường thẳng c không vuông góc với b thì hai đường thẳng a và c cắt nhau.

Hướng dẫn giải (h.6.10) Trường hợp đường thẳng c đi qua O thì c và a cắt nhau tại O. Trường hợp đường thẳng c cắt b tại K ≠ O : Giả sử c và a không cắt nhau thì chúng song song với nhau. Vì b ⊥ a nên b ⊥ c , trái giả thiết. Vậy c và a phải cắt nhau.

6.3. Cho góc xOy khác góc bẹt. Trên tia Ox lấy điểm A, trên tia Oy lấy điểm B. Từ A vẽ đường thẳng a ⊥ Ox , từ B vẽ đường thẳng b ⊥ Oy . Chứng minh rằng hai đường thẳng a và b cắt nhau.

Hướng dẫn giải (h.6.11) Trang 3

Giả sử a và b trùng nhau. Như vậy, qua O có hai đường thẳng là Ox và Oy cùng vuông góc với đường thẳng a (hoặc b), vô lí. Vậy a và b không trùng nhau.

(1)

Giả sử a / / b Ta có Ox ⊥ a nên Ox ⊥ b . Mặt khác Oy ⊥ b (gt), như vậy qua điểm O có hai đường thẳng là Ox và Oy cùng vuông góc với đường thẳng b, vô lí. Vậy điều giả sử là sai, suy ra a và b không song song.

(2)

Từ (1) và (2) suy ra a cắt b.

= 134°; B = 135° . Chứng minh rằng Ax và By không song song. 6.4. Hình 6.6 có góc AOB nhọn, A

Hướng dẫn giải (h.6.12) Giả sử Ax / / By . Trong góc AOB vẽ tia Ot / / Ax thì Ot / / By (vì Ax / / By ).

+A = 180° ⇒ O = 180° − 134° = 46° . Ta có O 1 1 +B = 180° ⇒ O = 180° − 135° = 45° . O 2 2 +O = 46° + 45° hay AOB = 91° > 90° . Do đó O 1 2 Điều này mâu thuẫn với giả thiết là góc AOB nhọn. Vậy điều giả sử là sai, suy ra Ax và By không song song.

6.5. Hình 6.7 có góc A tù, AB ⊥ BD, AC ⊥ CE . Vẽ tia Bx và Cy lần lượt là tia phân giác của các góc ABD và ACE. Chứng minh rằng các đường thẳng Bx và Cy cắt nhau.

Hướng dẫn giải (h.6.13) Ta có AB ⊥ BD, AC ⊥ CE ⇒ ABD = ACE = 90° .

= Do đó ABx ACy = 45° . Ta chứng minh Bx và Cy cắt nhau bằng phương pháp phản chứng. Giả sử Bx / / Cy . Ở trong góc A ta vẽ At / / Bx thì At / / Cy (vì

Bx / / Cy ). = ABx = 45° (cặp góc so le trong); Ta có A A2 = ACy = 45° (cặp 1 góc so le trong).

+A = 90° hay BAC = 90° trái giả thiết là góc A tù. Do đó A 1 2 Trang 4

Vậy điều giả sử là sai, suy ra hai đường thẳng Bx và Cy cắt nhau.

6.6. Cho hai điểm A và B nằm ngoài đường thẳng m. Qua A vẽ 50 đường thẳng trong đó có đường thẳng qua B. Qua B vẽ 50 đường thẳng trong đó có đường thẳng qua A. Hỏi ít nhất cũng có bao nhiêu giao điểm của đường thẳng m với các đường thẳng đã vẽ?

Hướng dẫn giải (h.6.14) Trong số 50 đường thẳng vẽ qua A ít nhất cũng có 49 đường thẳng cắt m. Ta chứng minh điều này bằng phản chứng. Giả sử có chưa đến 49 đường thẳng cắt m, suy ra ít nhất cũng còn 2

đường thẳng không cắt m. Hai đường thẳng này cùng đi qua A và cùng song song với m. Điều này vô lí vì nó trái với tiên đề Ơ-clít. Vậy điều giả sử là sai, do đó ít nhất cũng có 49 đường thẳng cắt m.

Nếu đường thẳng AB / / m thì số giao điểm của đường thẳng m với các đường thẳng đã vẽ ít nhất cũng là 49 + 49 = 98 (điểm).

Nếu đường thẳng AB và đường thẳng m không song song thì giao điểm của đường thẳng AB với đường thẳng m cũng là giao điểm của đường thẳng BA với đường thẳng m. Do đó số giao điểm của đường thẳng m với các đường thẳng đã vẽ ít nhất cũng là 49 + 49 − 1 = 97 (điểm).

Chứng minh hai góc không bằng nhau. Tính số đo góc . Chứng minh rằng C ≠D . A1 ≠ B 6.7. Trong hình 6.8, cho biết 1 1 1

Hướng dẫn giải (h.6.8)

=D , suy ra AC / / BD (vì có cặp góc đồng vị bằng nhau). Giả sử C 1 1 (cặp góc so le trong). A1 = B Do đó 1 Điều này trái giả thiết.

≠D . Vậy điều giả sử là sai, do đó C 1 1 6.8. Cho 9 đường thẳng cắt nhau tại O tạo thành một số góc không có điểm trong chung. Chứng minh rằng trong các góc đó tồn tại một góc lớn hơn hoặc bằng 20° và tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 20° .

Hướng dẫn giải (h.6.15) 9 đường thẳng cắt nhau tại O tạo thành 18 góc không có điểm trong chung. Tổng của 18 góc này bằng 360°

(*)

Nếu tatá cả các góc đều nhỏ hơn 20° thì tổng của chúng nhỏ hơn 20°.18 = 360° , mâu thuẫn với (*). Vậy tồn tại một góc lớn hơn hoặc bằng 20° .

Nếu tất cả các góc đều lớn hơn 20° thì tổng của chúng lớn hơn Trang 5

20°.18 = 360° , mâu thuẫn với (*). Vậy tồn tại một góc nhỏ hơn hoặc bằng 20° .

6.9. Qua điểm O ở ngoài đường thẳng a vẽ một số đường thẳng không phải tất cả đều cắt a. Những đường thẳng cắt a thì tạo với đường thẳng a được 78 tam giác chung đỉnh O. Chứng minh rằng trong số những

đường thẳng đã vẽ qua O ít nhất cũng có hai đường thẳng cắt nhau theo một góc nhỏ hơn 13° . Hướng dẫn giải (h.6.16) Gọi số đường thẳng vẽ qua O và cắt đường thẳng a là n. Số tam giác

đỉnh O có cạnh đối diện nằm trên đường thẳng a được tính theo công thức

n ( n − 1) . 2

Theo đề bài ta có

n ( n − 1) = 78 2

⇔ n ( n − 1) = 156 = 13.12 ⇒ n = 13 . Vậy có 13 đường thẳng đi qua O và cắt đường thẳng a. Theo đề bài, qua O còn có đường thẳng không cắt a. Theo tiên đề Ơ-clít chỉ có một đường thẳng như thế. Vậy số đường thẳng đã vẽ qua O là 14. 14 đường thẳng này tạo nên 28 góc đỉnh O không có điểm trong chung và có tổng số đo bằng 360° . (*) Vậy ít nhất phải có một góc nhỏ hơn hoặc bằng 360° : 28 ≈ 12°51′ < 13° vì nếu không có góc nào nhỏ hơn

13° thì tổng của 28 góc này sẽ lớn hơn hoặc bằng 13°.28 = 364° , mâu thuẫn với (*).

Các dạng khác 6.10. Chứng minh định lí: Trên tia Ox có OM = a, ON = b . Nếu a < b thì điểm M nằm giữa hai điểm O và N.

Hướng dẫn giải (h.6.17) Điểm O không nằm giữa hai điểm M và N (1) vì M và N nằm trên tia Ox. Giả sử điểm N nằm giữa hai điểm O và M thì ON + NM = OM do đó b + NM = a . Suy ra NM = a − b < 0 (vì a < b ). Điều này vô lí vì NM > 0 . Vậy điều giả sử là sai, do đó điểm N không nằm giữa hai điểm O và M. (2) Trong ba điểm O, M, N thẳng hàng phải có một điểm nằm giữa hai điểm còn lại nên từ (1) và (2) suy ra

điểm M nằm giữa O và N. 6.11. Chứng minh rằng nếu hai tia Ox và Oy thuộc hai nửa mặt phẳng đối nhau bờ chứa tia Oz sao cho

+ zOy = 180° thì hai tia Ox, Oy đối nhau. zOx Hướng dẫn giải (h.6.18) Giả sử hai tia Ox, Oy không đối nhau. Ta vẽ tia Oy′ là tia đối của tia Ox. Trang 6

+ zOy ′ = 180° (hai góc kề bù). Khi đó zOx + zOy = 180° (gt). Mặt khác, zOx ′ = zOy (cùng bù với zOx ). Điều này vô lí vì trên Suy ra zOy cùng một nửa mặt phẳng bờ chứa tia Oz bao giờ cũng có một

= m° . và chỉ một tia Oy sao cho zOy Vậy điều giả sử là sai, do đó hai tia Ox, Oy đối nhau.

6.12. Vẽ 9 đoạn thẳng trên mặt phẳng. Hỏi có thể xảy ra trường hợp mỗi đoạn thẳng cắt đúng 5 đoạn thẳng khác không?

Hướng dẫn giải Không thể xảy ra trường hợp mỗi đoạn thẳng cắt đúng 5 đoạn thẳng khác. Ta chứng minh bằng phản chứng. Giả sử mỗi đoạn thẳng cắt đúng 5 đoạn thẳng khác. Như vậy với cả 9 đoạn thẳng ta được 9.5 = 45 trường hợp hai đoạn thẳng cắt nhau. Nhưng như thế thì mỗi trường hợp đã được tính hai lần (vì đoạn thẳng AB cắt đoạn thẳng CD thì ngược lại, đoạn thẳng CD cắt đoạn thẳng AB) do đó thực sự chỉ có

45 45 ∉ ℕ nên điều giả trường hợp hai đoạn thẳng cắt nhau. Vì 2 2

sử là sai. Do đó không thể xảy ra trường hợp mỗi đoạn thẳng cắt đúng 5 đoạn thẳng khác.

Trang 7

Chương II TAM GIÁC Chuyên đề 7. TỔNG BA GÓC CỦA MỘT TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Tổng ba góc của một tam giác. Tổng ba góc của một tam giác bằng 180° .

+C = 180° . ∆ABC ⇒ A + B 2. Áp dụng vào tam giác vuông a) Định nghĩa: Tam giác vuông là tam giác có một góc vuông. b) Tính chất: Trong tam giác vuông, hai góc nhọn phụ nhau. ∆ABC +C = 90° . ⇒B   A = 90°

3. Góc ngoài của tam giác a) Định nghĩa: Góc ngoài của tam giác là góc kề bù với một góc của tam giác. b) Tính chất: * Mỗi góc ngoài của một tam giác bằng tổng của hai góc trong không kề với nó.

ACD = A+ B * Góc ngoài của tam giác lớn hơn mỗi góc trong không kề với nó.

ACD > A, ACD > B B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Tìm x, trong hình vẽ bên:

Giải * Tìm cách giải. Để tìm số đo x, chúng ta vận dụng: - Tổng ba góc của một tam giác bằng 180° . - Góc ngoài của một tam giác bằng tổng hai góc trong không kề với nó.

Trang 1

* Trình bày lời giải.

+C = 180° (tính chất) + Hình 1. ∆ABC có A + B 41° + 2 x° + 28° = 180° ⇔ x° = 37° .

=M +N (góc ngoài tam giác) + Hình 2. ∆MNP có MPx 126° = 3 x° + 4 x° ⇔ x° = 18° .

+E +F = 180° (tính chất) + Hình 3. ∆DEF có D x° + 70° + x° − 42° = 180° ⇔ x° = 76° .

= 60° . Hai tia phân giác của góc B và C cắt nhau Ví dụ 2: Cho tam giác ABC có A = 80° , B =C . tại I. Vẽ tia phân giác ngoài tại đỉnh B cắt tia CI tại D. Chứng minh rằng BCD Giải

nên hiển nhiên tính được số đo C . Dựa theo kết luận * Tìm cách giải. Đề bài cho số đo A; B . Khi tính toán số đo góc, chúng ta lưu ý giả của bài toán thì chúng ta chỉ cần tính số đo BDC thiết có yếu tố tia phân giác. * Trình bày lời giải.

+C = 180° (tính chất) ∆ABC có A+ B

= 180°; C = 40° . 80° + 60° + C = 120° ∆ABC có ABx = A+C

=B =1 ⇒B ABx = 60° 1 2 2 =C = 1C = 20° . Ta có: C 1 2 2 ∆BCD có:

+C + CBD = 180° BDC 1

+ 20° + 60° + 60° = 180° ⇒ BDC = 40° BDC =C . Do đó BDC

cắt Ví dụ 3: Cho hai đoạn thẳng AB và CD cắt nhau tại E. Các tia phân giác ACE; DBE = BAC + BDC . nhau ở K. Chứng minh: BKC 2

Giải

là góc của tam giác BKG; CKH nên cần phải ghép * Tìm cách giải. Chúng ta nhận thấy BKC

) đồng thời để A; C vào hai tam giác ấy. Khai thác yêu cầu của bài toán (liên quan tới góc

Trang 2

vận dụng yếu tố tia phân giác của giả thiết, chúng ta cần xét các cặp tam giác ∆KGB, ∆AGC và cặp tam giác ∆KHC , ∆DHB . * Trình bày lời giải. Gọi G là giao điểm CK và AE và H là giao điểm BK và DE. Xét ∆KGB và ∆AGC có:

= KGB AGC (đối đỉnh) +B = ⇒K A +C 1 1

(1)

Xét ∆KHC và ∆DHB có:

= BHD (đối đỉnh) KHC +C =D +B ⇒K 2 2

( 2)

=B ; C =C ⇒ 2K = A +D Từ (1) và (2), kết hợp với B 1 2 1 2

= A +D . ⇒K 2

Ví dụ 4: Cho hình vẽ bên, biết rằng BD và CE là các tia phân giác của góc B, góc C.

. a) Nếu A = 80° , tính BIC = 84° ; BEC = 96° , tính A . b) Nếu BDC Giải +C = 180° nên B +C = 100° . a) ∆ABC có A +B

+C = 1 .B + 1 .C B 2 2 2 2

+C = 50° . ∆BIC có B +C + BIC = 180° nên BIC = 130° . B 2 2 2 2 +B +C = 180° mà BDC = 84° nên B +C = 96° . b) ∆BDC có BDC 2 2 +B +C = 180° mà BEC = 96° nên B +C = 84° . ∆BEC có BEC 2 2 +B +C +C = 96° + 84° Suy ra B 2 2 Do đó

3 . B + C = 180° 2

(

)

+C = 120° nên A = 60° . B Nhận xét: = 90° + A - Nếu A ≠ 80° thì ta luôn chứng tỏ được BIC 2

( *) . Trang 3

+C hoặc B +C mà không cần tính từng góc B và góc - Để tính A chúng ta cần tìm góc B 2 2 bằng cách xét ∆BIE và ∆CID để tìm C. Ngoài ra dựa vào công thức (*) ta có thể tính BIC

được:

+ EIB + DIC +C = 84° + 96° B 1 1 +C =B +C = EIB = DIC ta tính EIB . Và lưu ý: B 1 1 2 2 Ví dụ 4: Cho ∆ABC có A = 90° . Kẻ AH vuông góc với BC ( H ∈ BC ) . Các tia phân giác góc C và góc BAH cắt nhau tại K. Chứng minh rằng AK ⊥ CK .

Giải

= HCA (cùng phụ với ∆ABH ; ∆ABC vuông nên BAH ABC ).

1 1 . Mặt khác ; C1 = HAC do đó A1 = .BAH A1 = C 1 2 2

= 90° Ta có: A1 + KAC + KAC = 90° ⇒C 1 Suy ra ∆KAC vuông tại K. Vậy AK ⊥ KC .

* Nhận xét: Qua bài ta nhận thấy có thêm một dấu hiệu nhận biết tam giác vuông là chứng minh tam giác có tổng hai góc bằng 90° .

C. Bài tập vận dụng 7.1. Tìm x, trong các hình vẽ sau:

= 130° . Tính C . 7.2. Cho hình vẽ bên. Biết rằng A1 = 45° ; B 1 1

Trang 4

7.3. Các góc ngoài đỉnh A, B, C tỉ lệ với 2; 3; 4. Tính tỉ lệ ba góc trong của tam giác đó.

và B = 3.C . 7.4. Cho tam giác ABC có A = 2.B a) Tính các góc A; B; C? b) Gọi E là giao điểm của đường thẳng AB với tia phân giác của góc ngoài tại đỉnh C. Tính góc AEC?

>C . Tia phân giác BAC cắt BC tại D. 7.5. Tam giác ABC có B −C . a) Chứng minh ADC − ADB = B b) Đường thẳng chứa tia phân giác góc ngoài ở đỉnh A của tam giác ABC cắt đường thẳng BC

−C B AEB = . tại E. Chứng minh rằng 2

−C = 18° . Tia phân giác góc A cắt BC tại D. Tính số đó góc 7.6. Cho tam giác ABC có B ADC? Góc ADB?

7.7. Cho tam giác ABC. Tia phân giác của góc A cắt cạnh BC tại D. Biết ADB = 85° .

−C . a) Tính B = 5.C . b) Tính các góc của tam giác ABC nếu 4.B 7.8. Cho tam giác ABC, O là điểm nằm trong tam giác.

= A+ ABO + ACO . a) Chứng minh rằng BOC A b) Biết ABO + ACO = 90° − và tia BO là tia phân giác của góc B. Chứng minh rằng tia CO 2 là tia phân giác của góc C.

. 7.9. Cho tam giác ABC có A = 180° − 3C = 2.C . a) Chứng minh rằng B b) Từ một điểm D trên cạnh AC vẽ DE //BC ( E ∈ AB ) . Hãy xác định vị trí của D cho tia DE là

ADB . tia phân giác của góc

7.10. Chứng minh với mỗi tam giác bao giờ cũng tồn tại một góc ngoài không lớn hơn 120° .

cắt AB tại D. 7.11. Cho tam giác ABC vuông góc tại A. Tia phân giác của C a) Chứng minh rằng góc BDC là góc tù. Trang 5

= 105° . Tính số đo góc B. b) Giả sự BDC 7.12. Cho hình vẽ bên.

+C +D +E +F Tính tổng A+ B

Trang 6

Hướng dẫn giải 7.1.

+C = 180° - Hình 1. ∆ABC có A+ B 56° + x° + 12° + x° = 180° ⇔ x° = 56° .

+P = 90° - Hình 2. ∆MNP vuông tại M ⇒ N 2 x° + x° − 15° = 90° ⇔ x° = 35° .

+E +F = 180° - Hình 3. ∆DEF có D x° + 3 x° − 25° + x° + 10° = 180° ⇔ x° = 39° .

7.2. Ta có: A2 = A1 = 45° (đối đỉnh).

+B = 180° ⇒ B = 50° . Ta có B 2 1 2 = (góc ngoài của tam giác) suy ra: C = 95° . ∆ABC có C A2 + B 1 2 2 7.3. Đặt số đo góc ngoài đỉnh A; B; C lần lượt là x; y; z. Theo đầu bài, ta có:

x y z = = và 2 3 4

x + y + z = 360° . Giải ra, ta được: x = 80° ; y = 120° ; z = 160° . Từ đó suy ra các góc trong đỉnh A; B; C tương ứng là

100°, 60°, 20° . Do đó tỉ lệ ba góc trong là: 5 : 3 :1 .

7.4.

; B = 3.C ⇒ A = 6C . a) Ta có A = 2.B +C = 180° ⇒ 6.C + 3C +C = 180° ∆ABC có A+ B

= 18°; B = 54°; A = 108° . ⇒C

= 180° (hai góc kề bù) b) Ta có ACx + C 1 ACx + 18° = 180° ⇒ ACx = 162° =C =1 Ta có: C ACx = 81° . 2 3 2

+B + BCE = 180°; E + 54° + 18° + 81° = 180° ⇒ E = 27° hay ∆BCE có E AEC = 27° . 7.5. + a) ∆ABD có A1 + B ADB = 180° ; + A2 + C ADC = 180° ; ∆ACD có

nên C + + −C . Mà A1 = A ADC = B ADB ⇒ ADC − ADB = B 2 Trang 7

=B +C (góc ngoài tam giác) b) ∆ABC có BAx +C 1 B ⇒ A3 = A4 = BAX = 2 2

+C (góc ngoài) ∆ACE có: A4 = E +C −C B B =A −C ⇒ hay ⇒E AEB = −C AEB = . 4 2 2

=B + A1 (góc ngoài tam giác) 7.6. ∆ACD có D 2 =C +A (góc ngoài tam giác) mà ∆ABD có D A1 = A 1 2 2 −D =B −C nên D 2 1 −D = 18° mà D +D = 180° ⇒D 2 1 2 1 = 180° + 18° = 99° ; D = 180° − 18° = 81° . nên D 2 1 2 2

7.7. a) Ta có ADB = 85° ⇒ ADC = 95° .

+ ∆ABD có A1 + B ADB = 180° ; + ∆ACD có A2 + C ADC = 180° ; nên C + + A1 = A ADC = B ADB Mà 2 −C . ⇒ ADC − ADB = B −C = 95° − 85° = 10° . V ậy B = 5.C ⇒B=C. b) 4.B 5 4 Áp dụng tính chất dãy tỷ số bằng nhau, ta có:

C B −C 10° B = = = = 10° . 5 4 5−4 1

= 50°; C = 40° . Suy ra: B Trang 8

7.8. = A1 + ABO (góc ngoài tam giác). a) ∆ABO có O 1 =A + ACO (góc ngoài tam giác). ∆ACO có O 2 2 +O = + = . A1 + A ABO + ACO Hay BOC ⇒O A+ ABO + ACO 1 2 2

A b) Từ ABO + ACO = 90° − 2 +C = 180° − A ⇒ B +C = B+C ⇒B 2 2 2 2 2 2 nên B +C = B + C mà BO là tia phân giác của B =B ⇒B 2 2 1 2 2 2 . = C ; hay CO là tia phân giác của góc C suy ra C 2 2

7.9. ⇒ A = A + B +C − 3.C suy ra B = 2.C a) Từ: A = 180° − 3.C

= DBC (góc so le trong). =C (góc đồng vị) và EDB b) DE // BC ⇒ ADE ⇔C = DBC mà C =1B nên DBC =1B Tia DE là tia phân giác của ADB ⇔ ADE = EDB 2 2 ⇔ BD là tia phân giác của ABC .

và AC thì DE là tia phân giác của ADB . Vậy khi D là giao điểm của tia phân giác B 7.10. Giả sử cả ba góc ngoài ở ba đỉnh đều lớn hơn 120° suy ra mỗi góc trong đều nhỏ hơn 60° Vậy tổng ba góc trong của tam giác nhỏ hơn 180° , vô lí. Do đó tồn tại một góc ngoài có số đo không lớn hơn 120° .

7.11. a) Góc BDC là góc ngoài tại đỉnh D của tam giác ACD nên

> < 180° ⇒ BDC là góc tù. BDC A = 90° ; 90° < BDC = (góc ngoài tam giác) b) BDC A + ACD = 60° . ⇒ ACD = 15° ⇒ ACB = 30° ⇒ B = 180° − 7.12. Xét ∆ABI có A + B AIB .

+D = 180° − CHD . Xét ∆CDH có C +F = 180° − EKF . Xét ∆EFK có E

(

+C +D +E +F = 540° − + EKF AIB + CHD Suy ra: A + B

) Trang 9

(

)

+ IHK + IKH = 540° − 180° = 360° . = 540° − KIH

Trang 10

Chương II TAM GIÁC Chuyên đề 8. HAI TAM GIÁC BẰNG NHAU. CÁC TRƯỜNG HỢP BẰNG NHAU CỦA HAI TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Định nghĩa. Hai tam giác bằng nhau là hai tam giác có các cạnh tương ứng bằng nhau, các góc tương ứng bằng nhau.  A= A′  =B ′ B   ∆ABC = ∆A′B′C ′ ⇔ C = C ′  AB = A′B′   AC = A′C ′  BC = B′C ′

2. Các trường hợp bằng nhau của hai tam giác • Nếu ba cạnh của tam giác này bằng ba cạnh của tam giác kia thì hai tam giác đó bằng nhau.

AB = A′B′   AC = A′C ′  ⇒ ∆ABC = ∆A′B′C ′ ( c.c.c ) BC = B′C ′ 

• Nếu hai cạnh và góc xen giữa của tam giác này bằng hai cạnh và góc xen giữa của tam giác kia thì hai tam giác đó bằng nhau.

AB = A′B′   =B ′ B  ⇒ ∆ABC = ∆A′B′C ′ ( c.g.c ) BC = B′C ′  Trang 1

• Nếu một cạnh và hai góc kề của tam giác này bằng một cạnh và hai góc kề của tam giác kia thì hai tam giác đó bằng nhau.

  BC = B′C ′ ⇒ ∆ABC = ∆A′B′C ′ ( g.c.g )  =C ′ C 

=B ′ B

2. Hệ quả. • Nếu hai cạnh góc vuông của tam giác vuông này bằng hai cạnh góc vuông của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau. • Nếu một cạnh góc vuông và một góc nhọn kề cạnh ấy của tam giác vuông này bằng một cạnh góc vuông và một góc nhọn kề cạnh ấy của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông ấy bằng nhau. • Nếu cạnh huyền và một góc nhọn của tam giác vuông này bằng cạnh huyền và một góc nhọn của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau.

A = A′ = 90°  BC = B′C ′  ⇒ ∆ABC = ∆A′B′C ′ (cạnh huyền – góc nhọn)  =B ′ B 

Trang 2

B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho ∆ABC = ∆MNP . a) Viết kí hiệu về sự bằng nhau của hai tam giác đó với ba cách khác. b) Cho AB = 5cm ; AC = 6cm ; NP = 7cm . Tính chu vi mỗi tam giác? Hãy nêu nhận xét? Giải * Tìm cách giải. Khi viết hai tam giác bằng nhau thì các đỉnh tương ứng phải viết theo cùng một thứ tự. Viết như vậy, thì việc suy ra các cặp cạnh tương ứng bằng nhau mới chính xác.

* Trình bày lời giải. a) ∆ACB = ∆MPN ; ∆CBA = ∆PNM ; ∆BAC = ∆NMP . b) ∆ABC = ∆MNP suy ra AB = MN = 5cm ; AC = MP = 6cm ; BC = NP = 7cm . Chu vị ∆ABC bằng: AB + AC + BC = 5 + 6 + 7 = 18 ( cm ) . Chu vi ∆MNP bằng: MN + MP + NP = 5 + 6 + 7 = 18 ( cm ) .

* Nhận xét. Hai tam giác bằng nhau thì có chu vi bằng nhau.

− Iɵ = 16° . Tính các góc của mỗi tam giác. = 124° ; H Ví dụ 2: Cho ∆ABC = ∆HIK , biết A + B Giải * Tìm cách giải. Bài toán yêu cầu tính số đo góc của tam giác nên từ ∆ABC = ∆HIK , chúng ta chỉ quan tâm tới cặp góc tương ứng bằng nhau.

* Trình bày lời giải.

; B = Iɵ ; C =K (cặp góc tương ứng). ∆ABC = ∆HIK ⇒ A= H = 124° ⇒ H + Iɵ = 124° ; mà H − Iɵ = 16° , nên Vì A+ B = (124° + 16° ) : 2 = 70° ; H Iɵ = (124° − 16° ) : 2 = 54° .

+ Iɵ + K = 180° ; 70° + 54° + K = 180° ⇒ K = 56° . ∆HIK có H

= 70°; B = Iɵ = 54°; = 56° . Vì ∆ABC = ∆HIK nên A = H C=K Ví dụ 3: Cho góc nhọn xOy . Lấy điểm A thuộc tia Ox, điểm B thuộc tia Oy sao cho OA = OB . Vẽ hai cung tròn tâm A và tâm B có cùng bán kính nhỏ hơn OA sao cho chúng cắt nhau tại 2 điểm C và D. Chứng minh rằng:

a) ∆AOC = ∆BOC . b) Ba điểm O, C, D thẳng hàng.

Giải a) Xét ∆OAC và ∆OBC có: OA = OB (giả thiết), AC = BC (bán kính bằng nhau), OC cạnh chung.

⇒ ∆OAC = ∆OBC ( c.c.c ) . Trang 3

b) ∆OAC = ∆OBC ( c.c.c ) nên AOC = BOC . tương tự: ∆OAD = ∆OBD ( c.c.c ) nên AOD = BOD Nên C, D cùng thuộc tia phân giác góc xOy hay O, C, D thẳng hàng.

* Nhận xét. • Khi chứng minh hai tam giác bằng nhau bạn nên chú ý cạnh chung. • Muốn chứng minh ba điểm thẳng hàng, ta có thể chứng minh ba điểm đó cùng nằm trên tia phân giác của một góc.

Ví dụ 4: Cho ∆ABC có AB = AC . Lấy M thuộc cạnh AB; lấy N thuộc tia đối của tia CA sao cho CN = BM . Gọi I là một điểm sao cho IB = IC ; IM = IN . Chứng minh rằng: IC ⊥ AN .

Giải ACI = ABI . Ta có ∆ABI = ∆ACI ( c.c.c ) ⇒

= ABI . ∆MBI = ∆NCI ( c.c.c ) ⇒ NCI

, mà đó là hai góc kề bù nên Suy ra ACI = NCI = 90° , hay IC ⊥ AN . ACI = NCI * Nhận xét. Đây là bài toán khó. Để chứng minh IC ⊥ AN chúng ta suy

= ICN là điều cần thiết. Sau đó, nghĩ và chứng minh ICA chúng ta hãy tìm các cặp tam giác bằng nhau mà trong các

hoặc ICN . tam giác ấy có chứa ICA

cắt AC tại D. Trên cạnh BC lấy Ví dụ 5: Cho tam giác ABC có A = 90° . Kẻ tia phân giác góc B điểm M sao cho BM = BA . a) Chứng minh rằng DM ⊥ BC . b) Chứng minh rằng AM ⊥ BD .

của ∆ABC . ; C c) Nếu biết AMD = 36° . Tính số đo B Giải ; BD là ABD = MBD a) ∆ABD và ∆MBD có BA = BM ; cạnh chung ⇒ ∆ABD = ∆MBD ( c.g.c ) .

= BMD ⇒ BMD = 90° ⇒ BAD ⇒ DM ⊥ BC .

b) Gọi I là giao điểm của AM và BD. Trang 4

; BI là cạnh chung Xét ∆ABI và ∆MBI có AB = MB ; ABI = MBI ⇒ ∆ABI = ∆MBI ( c.g.c ) mà = 180° nên = 90° , suy ra: AM ⊥ BD . AIB = MIB ⇒ AIB + MIB AIB = MIB = 90° − 36° = 54° ; c) AMD = 36° nên IMB = 90° − 54° = 36° . ∆BIM vuông nên IBM = 36°.2 = 72° do đó C = 90° − 72° = 18° . Suy ra B Ví dụ 6: Cho tam giác ABC có ba góc nhọn. Vẽ đoạn thẳng

AM ⊥ AB ; AM = AB sao cho M và C khác phía đối với đường thẳng AB. Vẽ đoạn thẳng AN ⊥ AC và AN = AC sao cho N và

B khác phía đối với đường thẳng AC. Gọi I, K lần lượt là trung

điểm BN và CM. Chứng minh rằng: a) ∆AMC = ∆ABN ; b) MC = BN và MC ⊥ BN ; c) AI = AK và AI ⊥ AK .

Giải

(

)

= BAN = 90° + BAC nên ∆MAC = ∆BAN ( c.g.c ) . a) MAC AMC = ABN . b) ∆MAC = ∆BAN ⇒ BN = CM . Và Gọi P là giao điềm của AB và CM Ta có: AMC + APM = 90° (vì ∆AMP vuông)

= 90° ⇒ BN ⊥ CM . ABN + BPO ⇒ c) CM = BN ⇒ MK = BI , mà AMK = ABN ; AM = AB nên ∆AMK = ∆ABI ( c.g.c ) ⇒ AK = AI .

= BAI ; mà MAK + KAB = 90° ⇒ MAK + KAB = 90° hay AI ⊥ AK . ⇒ BAI cắt AC tại D. Ví dụ 7: Cho ∆ABC vuông tại A có BC = 2. AB . Tia phân giác của góc B a) Chứng minh rằng BD = CD .

và C của tam giác ABC. b) Tính góc B

Giải  1  a) Gọi E là trung điểm của BC. Suy ra BE = CE = AB  = BC  2   (giả thiết); BD là cạnh chung ∆ABD và ∆EBD có BA = BE ; ABD = EBD Trang 5

= BED ⇒ BED = 90° . ⇒ ∆ABD = ∆EBD ( c.g.c ) ⇒ BAD

= CED = 90° ; BE = CE ; DE chung Xét ∆BDE và ∆CDE có: BED

⇒ ∆BDE = ∆CDE ( c.g.c ) ⇒ BD = CD = DBE b) ∆BDE = ∆CDE ( c.g.c ) ⇒ C

= 2.C ⇒B +C = 90° (Vì ∆ABC vuông tại A) Mặt khác: B

+C = 90° ⇒ C = 30°; B = 60° . ⇒ 2C Ví dụ 8: Cho tam giác ABC có A = 60° . Các tia phân giác góc B, góc C cắt nhau tại O và cắt AC; AB theo thứ tự D; E. Chứng minh rằng: OD = OE .

Giải

+C = 180° ∆ABC có A + B +C = 120° . Mà A = 60° nên B

+C = 1 .B + 1 .C = 60° . Ta có B 1 1 2 2

+B +C = 180° ∆BOC có BOC 1 1 = 120°; O = 60° . Nên BOC 1 , cắt BC tại I nên O =O = 60° . - Kẻ Ox là tia phân giác góc BOC 2 3

=B (giả thiết); O =O ( = 60° ) ; BO là cạnh chung Xét ∆BEO và ∆BIO có B 1 2 1 2 do đó ∆BEO = ∆BIO ( g.c.g ) . Suy ra OE = OI . - Chứng minh tương tự ta có ∆COD = ∆COI nên OD = OI . Vậy OE = OD ( = OI ) .

* Nhận xét. - Để chứng minh OE = OD , ta chưa thể ghép chúng vào hai tam giác nào bằng nhau được. Do vậy, ta nghĩ đến cách kẻ đường phụ. Cho số đo góc A ta liên hệ với bài đã biết nên tính được số đo góc BOC và góc BOE nên dựng được điểm I. - Bài toán còn có cách khác, là lấy điểm I trên BC sao cho BI = BE , sau đó chứng minh

∆BOE = ∆BOI rồi chứng minh ∆COD = ∆COI . - Từ cách trên ta còn suy ra kết quả đẹp là BE + CD = BC .

Ví dụ 9: Cho tam giác ABC. Từ B kẻ BD ⊥ AC ; CE ⊥ AB . Gọi H là giao điểm của BD và CE. Biết rằng HD = HE . Trang 6

a) Chứng minh rằng ∆BHE = ∆CHD ; b) Chứng minh rằng ∆ABD = ∆ACE ;

. c) Chứng minh AH là tia phân giác của BAC d) Gọi I là giao điểm của AH và BC. Chứng minh rằng AI ⊥ BC .

Giải = CDH ( = 90° ) ; HD = HE ; a) ∆BHE và ∆CHD có BEH

= CHD BHE

⇒ ∆BHE = ∆CHD ( g.c.g ) . b) ∆BHE = ∆CHD ⇒ BH = CH ; mà HD = HE

⇒ BD = CE .

ADB = AEC ( = 90° ) ; BD = CE ; BAC ∆ADB và ∆AEC có chung ⇒ ∆ADB = ∆AEC (cạnh huyền – góc nhọn).

c) ∆ABD = ∆ACE ⇒ AB = AC .

∆ABH và ∆ACH có AB = AC ; AH là cạnh chung; BH = CH (chứng minh trên)

⇒ ∆ABH = ∆ACH ( c.c.c ) = CAH ⇒ AH là tia phân giác của BAC . ⇒ BAH = CAI ; AI là cạnh chung d) ∆ABI và ∆ACI có AB = AC ; BAI

⇒ ∆ABI = ∆ACI ( c.g.c ) AIB = AIC ; mà ⇒ AIB + AIC = 180° ⇒ AIB = AIC = 90° hay AI ⊥ BC .

Ví dụ 10: Cho tam giác ABC vuông tại A. Gọi M là trung điểm của BC. Chứng minh rằng

AM =

1 BC . 2 Giải

* Tìm cách giải. Để chứng minh AM =

1 BC ta cần chứng minh 2

BC = 2. AM . Về mặt suy luận, ta cần dựng một đoạn thẳng bằng

2. AM rồi chứng minh đoạn thẳng đó bằng BC. * Trình bày lời giải. Trên tia đối của tia MA lấy điểm D sao cho MD = MA . Suy ra

AD = 2. AM =M ; MB = MC nên ∆AMB và ∆DMC có AM = MD ; M 1 2 ∆AMB = ∆DMC .

Trang 7

nên AB //CD ⇒ DC ⊥ AC . Suy ra AB = DC ; A1 = D 1 = DCA = ( 90° ) , AC chung suy ra ∆ABC = ∆CDA ( c.g.c ) ∆ABC và ∆CDA có AB = DC ; BAC ⇒ BC = DA ⇒ BC = 2. AM hay AM =

1 BC . 2

* Nhận xét. Bài này là một tính chất thú vị của tam giác vuông, thường được sử dụng trong những bài nối trung điểm của cạnh huyền với đỉnh góc vuông.

Ví dụ 11: Cho hình vẽ bên. Biết rằng AB //CD ; AD //BC . Chứng minh rằng: AB = CD , AD = BC .

Giải

(cặp so le trong) AB //CD ⇒ ABD = CDB (cặp so le trong) AD //BC ⇒ ADB = CBD , BD là cạnh chung, . ∆ABD và ∆CDB có ABD = CDB ADB = CBD Suy ra ∆ABD = ∆CDB ( g.c.g ) ⇒ AB = CD, AD = BC .

* Nhận xét. Đây là một tính chất thú vị, gọi là tính chất đoạn chắn song song. Tính chất này được vận dụng trong nhiều bài tập, đem lại hiệu quả cao.

C. Bài tập vận dụng • Định nghĩa tam giác bằng nhau

8.1. Điền vào chỗ trống (……) trong các phát biểu sau: a) Nếu ∆ABC = ∆MNP thì AB = ...... ; ...... = MP ; BC = ......

; H = ...... b) Nếu ∆IHK = ∆DEF thì Iɵ = ...... ; ...... = F 8.2. Điền vào ô trống:

Trang 8

−C = 10° ; N +P = 120° . Tính số đo các góc của mỗi tam giác. 8.3. Cho ∆ABC = ∆MNP biết B 8.4. Cho ∆ABC = ∆MNP . Biết AB + AC = 9cm ; MN − NP = 3cm ; NP = 5cm . Tính chu vi của mỗi tam giác.

8.5. Cho ∆ABC = ∆RST , biết

BC AB = và ST − RS = 8cm ; AC = 18cm . Tính mỗi cạnh của mỗi 5 3

tam giác. • Trường hợp c.c.c

8.6. Điền vào ô trống:

AOC . 8.7. Cho hình vẽ bên. Chứng minh rằng OB là tia phân giác của

8.8. Trong hình vẽ bên biết AB = CD , AD = BC . Chứng minh: AB // CD , AD // BC .

8.9. Cho ∆ABC có A = 50° ; AB = AC . Gọi M là trung điểm của BC. Tính các góc của ∆ABM , ∆ACM . • Trường hợp c.g.c

8.10. Cho ∆ABC vuông tại A. Tia phân giác của ABC cắt AC ở D; E là một điểm trên cạnh BC sao cho BE = BA . Trang 9

a) Chứng minh rằng: ∆ABD = ∆EBD . b) Chứng minh rằng: DE ⊥ BC . c) Gọi F là giao điểm của DE và AB. Chứng minh rằng DC = DF .

8.11. Cho tam giác ABC nhọn. Kẻ BD ⊥ AC ( D ∈ AC ) , CE ⊥ AB ( E ∈ AB ) . Trên tia đối của tia BD lấy điểm H sao cho BH = AC . Trên tia đối của tia CE lấy điểm K sao cho CK = AB . Chứng

minh: a) ABH = ACK ; b) AH = AK .

= 2.C . Tia phân giác góc B cắt AC ở D. Trên tia đối BD lấy điểm E 8.12. Cho tam giác ABC có B sao cho BE = AC . Trên tia đối CB lấy điểm K sao cho CK = AB . Chứng minh rằng: AE = AK .

8.13. Cho ∆ABC . Gọi D; E theo thứ tự là trung điểm của AB, AC. Trên tia đối của tia ED lấy điểm F sao cho EF = ED . Chứng minh:

a) BD = CF ; AB // CF . b) ∆BCD = ∆FDC . c) DE // BC .

8.14. Cho ∆ABC vuông tại A, AB < AC . Tia phân giác của ABC cắt AC tại D. Trên cạnh BC lấy điểm E sao cho BE = BA . Vẽ AH vuông góc với BC tại H. a) Chứng minh rằng AD = ED . b) Chứng minh rằng AH //DE . c) Trên tia DE lấy điểm I sao cho DI = AH . Gọi O là trung điểm của đoạn thẳng DH. Chứng minh rằng ba điểm A, O, I thẳng hàng.

< 90° . Trên nửa mặt phẳng bờ BC chứa điểm A. Vẽ tia Bx vuông góc với 8.15. Cho ∆ABC có B BC. Trên tia Bx lấy điểm D sao cho BD = BC . Trên nửa mặt phẳng bờ AB chứa điểm C vẽ tia By

vuông góc với BA. Trên tia By lấy điểm E sao cho BE = BA . Chứng minh rằng: a) AD = CE . b) AD ⊥ CE .

8.16. Cho ∆ABC có A < 90° . Gọi M là trung điểm cạnh BC. Trên nửa mặt phẳng bờ AB không chứa điểm C kẻ tia Ax vuông góc với AB, trên tia Ax lấy điểm D sao cho AD = AB . Trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa điểm B kẻ Ay vuông góc với AC. Trên tia Ay lấy điểm E sao cho AE = AC . Trên tia đối tia MA lấy MN = MA . Chứng minh rằng:

a) BN = AE ; b) AM =

DE ; 2

c) AM ⊥ DE . Trang 10

8.17. Để đo khoảng cách AB mà không đo trực tiếp, người ta đã thực hiện như sau: - Chọn vị trí điểm O. - Lấy điểm C trên tia đối tia OA sao cho OC = OA . - Lấy điểm D trên tia đối tia OB sao cho OD = OB . - Đo độ dài đoạn thẳng CD, đó chính là khoảng cách AB. Hãy giải thích tại sao?

• Trường hợp g.c.g

8.18. Cho tam giác ABC có A = 120° . Các tia phân giác của BE; CF của ABC và ACB cắt nhau tại

= CIN = 30° . I (E, F lần lượt thuộc cạnh AC, AB). Trên cạnh BC lấy hai điểm M, N sao cho BIM . a) Tính số đo của MIN b) Chứng minh CE + BF < BC .

+C = 60° , tia phân giác của BAC cắt BC tại D. Trên AD lấy điểm O, 8.19. Cho tam giác ABC có B trên tia đối của tia AC lấy điểm M sao cho ABM = ABO . Trên tia đối của tia AB lấy điểm N sao cho ACN = ACO . Chứng minh rằng AM = AN .

8.20. Cho tam giác ABC có BC = 5cm . Trên tia AB lấy điểm K và D sao cho AK = BD . Vẽ KI //BC ; DE //BC ( I ; E ∈ AC ) . a) Chứng minh AI = CE . b) Tính độ dài DE + KI .

8.21. Cho ∆ABC vuông tại A có AB = AC . Lấy M thuộc BC ( BM > MC ) . Kẻ BD và CE vuông góc với đường thẳng AM. Chứng minh rằng: a) ∆ABD = ∆CAE . b) BD − CE = DE .

Trang 11

Hướng dẫn giải • Định nghĩa tam giác bằng nhau

8.1. Đáp số: a) AB = MN ; AC = MP ; BC = NP .

; K =F ; H =E . b) Iɵ = D

8.2. Đáp số: ∆ABC = ∆DEC ; ∆MNP = ∆MKQ ; ∆IHL = ∆KLH .

=N ; C =P mà N +P = 120° 8.3. ∆ABC = ∆MNP suy ra: B +C = 120° ⇒B −C = 10° nên B = (120° + 10° ) : 2 = 65° Ta có: B = (120° − 10° ) : 2 = 55° C +C = 180° ∆ABC có A + B A + 120° = 180° ; A = 60°

= =B = 65° ; P =C = 55° . V ậy M A = 60° ; N 8.4. ∆ABC = ∆MNP ⇒ AB = MN ; BC = NP ; AC = MP (cặp cạnh tương ứng). Vì AB + AC = 9cm ⇒ MN + MP = 9cm , mà MN − NP = 3cm , nên

MN = ( 9 + 3) : 2 = 6 ( cm ) MP = ( 9 − 3) : 2 = 3 ( cm ) Do đó chu vi ∆MNP là: MN + NP + MP = 6 + 5 + 3 = 14cm . Vì ∆ABC = ∆MNP nên chu vi ∆ABC bằng chu vi ∆MNP và bằng 14cm.

8.5. ∆ABC = ∆RST ⇒ AB = RS ; BC = ST ; AC = RT (cặp cạnh tương ứng). Vì ST − RS = 8cm ⇒ BC − AB = 8cm . Áp dụng tính chất dãy tỉ số bằng nhau:

BC AB BC − AB 8 = = = = 4 ⇒ BC = 4.5 = 20cm ; AB = 3.4 = 12cm . 5 3 5−3 2 Vậy: AB = RS = 12cm ; AC = RT = 18cm ; BC = ST = 20cm . • Trường hợp c.c.c

8.6. Đáp số: ∆PQS = ∆RAE ; ∆NUV = ∆VMN ; ∆EKI = ∆EHI . 8.7. ∆OAB và ∆OCB có OA = OC ; AB = CB ; OB chung

⇒ ∆OAB = ∆OCB ( c.c.c ) (cặp góc tương ứng), hay OB là tia phân giác của AOB = COB AOC . ⇒ 8.8. Nối AC. Xét ∆ABC và ∆CDA có: Trang 12

AB = CD ; AD = BC ; AC cạnh chung

Nên ∆ABC = ∆CDA ( c.c.c )

= BCA . Suy ra DAC Mà hai góc ở vị trí so le trong ⇒ AD / / CD .

= DCA mà hai góc ở vị trí so le trong ⇒ AB / / CD . BAC 8.9. ∆AMB và ∆AMC có AM chung; AB = AC ; BM = CM

⇒ ∆AMB = ∆AMC ( c.c.c ) = CAM (góc tương ứng) ⇒ BAM

= CAM = 1 BAC = 1 .50° = 25° . ⇒ BAM 2 2 AMB = AMC (góc tương ứng). ⇒

Mà AMB + AMC = 180° nên AMB = AMC = 90° .

+ ∆AMB có ABM + BAM AMB = 180° . ABM + 25° + 90° = 180° ⇒ ABM = 65° suy ra ACM = 65° . • Trường hợp c.g.c

8.10.

; BD chung a) ∆ABD và ∆EBD có AB = BE ; ABD = EBD ⇒ ∆ABD = ∆EBD ( c.g.c ) . = BAD b) ∆ABD = ∆EBD ⇒ BED = 90° ⇒ DE ⊥ AB . ⇒ BED c) ∆ABD = ∆EBD ⇒ AD = ED .

∆ADF

và

∆EDC

có

; ADF = EDC

AD = ED ;

= DEC = ( 90° ) FAD

⇒ ∆ADF = ∆EDC ( g .c.g ) ⇒ DC = DF . 8.11. = 90° a) ∆ABD có ADB = 90° ⇒ ABD + BAC

(1)

= 90° ∆ACE có AEC = 90° ⇒ ACE + BAC

( 2)

Từ (1) và (2), suy ra:

ABD = ACE

do đó

ABH = ACK .

Trang 13

b) ∆ABH và ∆KCA có AB = CK ; ABD = ACE ; BH = AC

⇒ ∆ABH = ∆KCA ( c.g.c ) ⇒ AH = AK . 8.12. Ta có: ABE + ABD = 180° ; ACK + ACB = 180° (cặp góc kề bù) 1  Mà ABD = ACB =  ABC  ⇒ ABE = ACK . 2  

∆ABE và ∆ACK có: AB = CK ; ABD = ACK ; BE = AC

⇒ ∆ABE = ∆KCA ( c.g .c ) ⇒ AE = KA .

8.13. a) Ta dễ chứng minh được ∆ADE = ∆CFE ( c.g.c ) Suy ra AD = CF ⇒ BD = CF

, mà hai góc ở vị trí so le trong nên Và A = FCE CF //AB .

b) Xét ∆BDC và ∆FCD có BD = FC (chứng minh trên);

= FCD (so le trong AB //CF ); CD là cạnh chung BDC do đó: ∆BDC = ∆FCD ( c.g.c ) .

=C , mà hai góc ở vị trí so le trong suy ra DE //BC . c) ∆BDC = ∆FCD (chứng minh trên) nên D 1 1 1 * Nhận xét. Từ kết luận ∆BDC = ∆FCD , chúng ta còn suy ra được: DE = .BC . 2

8.14.

(giả thiết); BE = BA ; BD là cạnh chung a) ∆ABD và ∆EBD có ABD = EBD ⇒ ∆ABD = ∆EBD ( c.g.c ) ⇒ AD = ED .

= BED b) ∆ABD = ∆EBD ⇒ BAD

= 90° ⇒ DE ⊥ BC , ⇒ BED Mà AH ⊥ BC ⇒ AH //DE . Trang 14

(cặp góc so le trong). c) AH //DE ⇒ AHO = IDO ; OH = OD ; AH = ID ∆AHO và ∆IDO có AHO = IDO . ⇒ ∆AHO = ∆IDO ( c.g.c ) ⇒ AOH = IOD + Mà AOH + AOD = 180° (kề bù) ⇒ IOD AOD = 180° . Suy ra A, O, I thẳng hàng.

8.15. = a) CBD ABE ( = 90° )

+ + CBE ABD = CBA ⇒ CBA ABD = CBE ⇒ Xét ∆ABD và ∆EBC có AB = EB ; ABD = CBE (cùng phụ với góc ABC); BD = BC

⇒ ∆ABD = ∆EBC ( c.g.c ) ⇒ AD = CE .

= BCE b) Gọi H, I là giao điểm của đường thẳng AD với CE và BC. ∆ABD = ∆EBC suy ra: BDA + BIA = 90° mà BDA + CIH = 90° ⇒ ∆CIH vuông, hay AD ⊥ CE . ⇒ BCE 8.16.

; AMC = NMB a) ∆AMC và ∆NMB có AM = MN ; BM = CM

⇒ ∆AMC = ∆NMB ( c.g.c ) ⇒ AC = BN mà AC = AE ⇒ BN = AE .

= 90° ; CAE = 90° b) Ta có BAD + DAE = 180° ⇒ BAC

(1)

∆AMC = ∆NMB (chứng minh trên)

= MNB ⇒ BN //AC ⇒ MAC + ⇒ BAC ABN = 180°

( 2)

= ABN . Từ (1) và (2) suy ra: DAE = Xét ∆ABN và ∆DAE có AD = BA ; DAE ABN ; AE = BN

⇒ ∆ABN = ∆DAE ( c.g.c ) Trang 15

⇒ AN = DE ; mà AN = 2. AM ⇒ AM =

DE . 2

c) Gọi I là giao điểm của đường thẳng AM và DE.

= NAB ∆ABN = ∆DAE (chứng minh trên) ⇒ EDA = 90° ⇒ DAI + NAB = 90° Mà DAB

(1)

( 2)

+ DAI = 90° hay AM ⊥ DE . Từ (1) và (2) suy ra: EDA 8.17. ∆OAB = ∆OCD ( c.g.c ) ⇒ AB = CD . • Trường hợp g.c.g

8.18.

+C = 60° . a) ∆ABC có A = 120° ⇒ B

+ ICB =1B + 1C = 1 .60° = 30° . Ta có: IBC 2 2 2 + ICB + BIC = 180° ⇒ 30° + BIC = 180° ⇒ BIC = 150° . ∆BIC có IBC = BIC − BIM − CIN ⇒ MIN = 150° − 30° − 30° = 90° . Từ đó MIN

= 150° ⇒ BIF = CIE = 30° . b) BIC = NCI ; CI là cạnh chung; EIC = NIC ( = 30° ) ∆CIN và ∆CIE có ECI

⇒ ∆CIN = ∆CIE ( g.c.g ) ⇒ CE = CN

(1)

Chứng minh tương tự ta có: ∆BFI = ∆BMI ( g.c.g ) ⇒ BM = BF

( 2)

Từ (1) và (2), ta có: CE + BF = CN + BM < BC .

+C = 60° ⇒ BAC = 120° . 8.19. ∆ABC có B ⇒ BAD = CAD = 1 BAC = 60° . Ta có AD là tia phân giác BAC 2

= BAM ( = 60° ) ; AB chung; ∆ABO và ∆ABM có BAO ABM = ABO

⇒ ∆ABO = ∆ABM ( g.c.g ) ⇒ AM = AO

(1)

Chứng minh tương tự, ta có: ∆ACO = ∆ACN ( g.c.g ) ⇒ AN = AO

( 2)

Từ (1) và (2), suy ra: AM = AN . Trang 16

8.20. a) Kẻ EM //AB ( M ∈ BC )

=M ; DM chung; Tam giác DEM và tam giác MBD có D 1 1 =M D 2 2 nên ∆DEM = ∆MBD ( g.c.g ) suy ra BD = ME ; DE = BM .

; B =M A1 = E Ta có AB //EM nên 1 1 3 =B . Lại có KI //BC nên K 1 1

( )

; AK = EM ( = BD ) ; M =K =B - Tam giac AKI và tam giác EMC có A1 = E 1 3 1 1 Nên ∆AKI = ∆EMC ( g.c.g ) Suy ra AI = EC và KI = MC . b) Ta có KI = MC ; DE = BM suy ra KI + DE = MC + BM = BC = 5cm .

8.21.

= a) Xét ∆ABD và ∆CAE có BDA AEC = 90° ; AB = AC (giả =C (cùng phụ với thiết); B A2 ) 1 1 do đó ∆ABD = ∆CAE (cạnh huyền – góc nhọn). b)

∆ABD = ∆CAE

nên

BD = AE ;

AD = CE

do

đó

BD − CE = AE − AD . Vậy BD − CE = DE .

* Nhận xét. Để chứng minh một đoạn thẳng bằng tổng hay một hiệu hai đoạn thẳng ta thường biến đổi đoạn thẳng đó thành hai đoạn cùng nằm trên một đường thẳng và sử dụng cộng, trừ đoạn thẳng.

Trang 17

Chương II TAM GIÁC Chuyên đề 9. TAM GIÁC CÂN A. Kiến thức cần nhớ 1. Tam giác cân a) Định nghĩa. Tam giác cân là tam giác có hai cạnh bằng nhau. ∆ABC ∆ABC cân tại A ⇔   AB = AC b) Tính chất. Trong tam giác cân, hai góc ở đáy bằng nhau.

=C . ∆ABC cân tại A ⇒ B c) Dấu hiệu nhận biết

• Theo định nghĩa. • Nếu một tam giác có hai góc bằng nhau thì tam giác đó là tam giác cân. 2. Tam giác vuông cân a) Định nghĩa. Tam giác vuông cân là tam giác vuông có hai cạnh

góc vuông bằng nhau.

∆ABC  A = 90° ∆ABC vuông cân tại A ⇔   AB = AC  b) Tính chất. Mỗi góc nhọn của tam giác vuông cân bằng 45° .

=C = 45° . B 3. Tam giác đều a) Định nghĩa. Tam giác đều là tam giác có ba cạnh bằng nhau.

∆ABC ∆ABC đều ⇔   AB = BC = CA b) Tính chất. Trong tam giác đều, mỗi góc bằng 60° .

=C = 60° . A =B c) Dấu hiệu nhận biết

• Theo định nghĩa. • Nếu một tam giác có ba góc bằng nhau thì tam giác đó là tam giác đều. • Nếu một tam giác cân có một góc bằng 60° thì tam giác đó là tam giác đều. B. Một số ví dụ

. Ví dụ 1: Cho hình vẽ bên. Biết rằng AB = AC = AD ; ABC = 45° ; ACD = 75° . Tính số đo góc BAD

Trang 1

Giải * Tìm cách giải. Chúng ta lưu ý rằng: trong một tam giác cân, nếu biết một góc thì tính được hai góc còn

= 180° − 2.C hoặc B =C = 180° − A . lại. Chẳng hạn: nếu ∆ABC cân tại A thì A = 180° − 2.B 2 * Trình bày lời giải.

= 180° − 2 ∆ABC cân tại A nên BAC ABC = 90° . = 180° − 2 ∆ACD cân tại A nên CAD ACD = 30° . = BAC + CAD = 120° . Ta có BAD Ví dụ 2: a) Một tam giác cân có một góc là 80° . Số đo của hai góc còn lại là bao nhiêu? b) Một tam giác cân có một góc là 100° . Số đo của hai góc còn lại là bao nhiêu?

Giải a) Nếu góc ở đỉnh tam giác cân là 80° , thì mỗi góc ở đáy tam giác cân là

180° − 80° = 50° . 2

- Nếu mỗi góc ở đáy tam giác cân là 80° , thì góc ở đỉnh tam giác cân là 180° − 80° − 80° = 20° . b) Nếu góc ở đáy tam giác cân là 100° , thì tổng hai góc ở đáy là 100° + 100° = 200° > 180° (không xảy ra). Do đó góc ở đỉnh tam giác cân là 100° , thì mỗi góc ở đáy tam giác cân là

180° − 100° = 40° . 2

* Nhận xét. Bài toán này dễ bỏ sót các trường hợp. Khi đề bài chưa cho cụ thể số đo đó là số đo góc ở đỉnh hay ở đáy, ta cần xét hai trường hợp. Ví dụ 3: Cho hình vẽ bên. Biết AB = AC ; AE = DE = CD và

. BC = CE . Tính số đo BAC Giải * Tìm cách giải. Bài toán xuất hiện nhiều tam giác cân, nên có nhiều góc bằng nhau. Để lời giải giản đơn, không bị nhầm lẫn, chúng ta nên đặt góc nhỏ nhất trong hình vẽ là x. Sau đó biểu diễn các góc khác theo x. Trong quá trình giải, lưu ý tính chất góc của tam giác cân và tính chất góc ngoài của tam giác.

* Trình bày lời giải. Trang 2

= DEC = x. ∆DEC cân tại D. Đặt DCE + DEC = 2 x (góc ngoài tam giác). ∆DEC có ADE = DCE = ∆AED cân tại E nên EAD ADE = 2 x . = CAE + ECA = 3 x (góc ngoài tam giác) ∆AEC có: BEC = BEC = 3x . ∆BCE cân tại C nên B =B = 3x . ∆ABC cân tại A nên BCA +C = 180° . ∆ABC có A +B Suy ra 2 x + 3 x + 3 x = 180° ⇔ x = 22,5° .

= 2.22, 5° = 45° . Do đó: BAC = 2. Ví dụ 4: Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên AC lấy điểm E sao cho EBC ABE . Trên tia BE lấy và BMC . điểm M sao cho EM = BC . So sánh MBC Giải * Cách 1. Trên tia BE lấy điểm K sao cho BK = BC ⇒ ∆BKC cân tại B

= BKC = 180° − KBC = 90° − ABE = AEB ⇒ BCK 2

⇒ ∆CEK cân tại C ⇒ CE = CK ; = CKE ⇒ CEB = CKM CEK Mà BK = EM ⇒ BE = KM

= BMC . ⇒ ∆CEB = ∆CKM ( c.g.c ) , suy ra MBC * Cách 2. Kẻ MH ⊥ AC ( H ∈ AC )

tại I. Gọi MH cắt tia phân giác CBE = IBC  = 1 EBC  Ta có: ABE = EBI    2 

(

)

= CBI = ABE . (so le trong) ⇒ EMI ABE = EMI mà = IMB ⇒ ∆BIM cân ⇒ IB = IM . ∆BIM có IBM Từ đó suy ra ∆IBC = ∆IME ( c.g.c )

⇒ IE = IC ⇒ ∆IEC cân tại I, mà IH ⊥ EC nên dễ có ∆EMH = ∆CMH ( c.g.c )

⇒ EM = CM ⇒ BC = CM

= BMC . ⇒ ∆BCM cân tại C suy ra MBC Trang 3

Ví dụ 5: Cho tam giác ABC có ba góc nhọn ( AB < AC ) . Vẽ về phía ngoài tam giác ABC các tam giác đều ABD và ACE. Gọi I là giao điểm của CD và BE, K là giao điểm của AB và DC. a) Chứng minh rằng: ∆ADC = ∆ABE .

= 60° . b) Chứng minh rằng: DIB c) Gọi M và N lần lượt là trung điểm của CD và BE. Chứng minh rằng ∆AMN đều. d) Chứng minh rằng IA + IB = ID . e) Chứng minh rằng IA là tia phân giác của góc DIE.

Giải

(

)

= BAE = = 60° + BAC ; AC = AE a) ∆ADC và ∆ABE có AD = AB ; DAC

⇒ ∆ADC = ∆ABE ( c.g.c ) . b) ∆ADC = ∆ABE ⇒ ADC = ABE .

= 60° nên ∆ADK có KAD ADC + AKD = 120° + BKI = 120° ⇒ BIK = 60° hay DIB = 60° . ⇒ ABE c) ∆ADC = ∆ABE ⇒ DC = BE ⇒ DM = BN . ∆ADM và ∆ABN có AD = AB ; ADK = ABN ; DM = BN

⇒ ∆ADM = ∆ABN ( c.g.c ) ⇒ AM = AN ⇒ ∆AMN cân. = BAN ⇒ DAM + MAB = MAB + BAN ⇒ MAN = 60° DAM

⇒ ∆AMN đều. d) Trên tia ID lấy IF = IB .

= 60° nên ∆BIF là tam giác đều. Ta có BIF

(

)

= ; BF = BI ABI = 60° − FBA Xét ∆BFD và ∆BIA có BD = BA ; DBF Suy ra ∆BFD = ∆BIA ( c.g.c ) ⇒ DF = IA . Do đó IA + IB = DF + FI = ID . Trang 4

= 60° ⇒ BFD = 120° ⇒ BIA = 120° . e) ∆BIF đều nên BFI = 60° nên DIA = 60° ⇒ Mà BID AID = AIE ( = 60° ) AIE = 60° . Do đó hay IA là tia phân giác của góc DIE.

Ví dụ 6: Cho tam giác ABC nhọn ( AB < AC ) . Gọi M là trung điểm của đoạn thẳng BC. Gọi H là hình chiếu vuông góc của B trên đoạn thẳng AM. Trên tia đối tia AM lấy điểm N sao cho AN = 2.MH . Chứng minh BN = AC . (Tuyển sinh lớp 10, THPT chuyên ĐHKHTN Hà Nội, năm 2015)

Giải * Tìm cách giải. Bài toán chưa thể ghép BN và AC vào hai tam giác bằng nhau trực tiếp được. Mặt khác

MB = MC , do vậy rất tự nhiên chúng ta nghĩ tới việc trên tia đối của tia MA lấy MD = MA bởi đây là giả thiết quen thuộc, để suy ra AC = BD . Sau đó chỉ việc chứng minh BD = BN .

* Trình bày lời giải. Trên tia đối của tia MA lấy MD = MA .

; BM = CM ∆ACM và ∆DBM có MA = MD ; AMC = DMB Suy ra ∆ACM = ∆DBM ( c.g.c )

⇒ AC = BD . Ta có: HN = HA + AN = HA + 2.HM = AM + HM

HD = MD + HM = AM + HM ⇒ HN = HD . ∆BDN có BH ⊥ DN ; HD = HN ⇒ ∆BDN cân tại B ⇒ BN = BD . Vậy BN = AC .

Ví dụ 7: Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Lấy điểm D thuộc nửa mặt phẳng bờ AB không chứa C sao cho tam giác DAB vuông cân tại D; điểm E (khác A) không thuộc đoạn AD. Đường thẳng qua E, vuông góc với BE cắt AC tại F. Chứng minh rằng EF = EB .

Giải Trang 5

* Tìm cách giải. Để chứng minh EF = EB , thông thường chúng ta nghĩ tới việc ghép vào hai tam giác, sau đó chứng minh hai tam giác bằng nhau. Tuy nhiên, với hình vẽ chúng ta chưa thể ghép được. Phân tích đề bài, chúng ta có nhiều góc vuông, góc 45° cũng như cặp cạnh bằng nhau DA = DB , AB = AC . Với sự phân tích trên, chúng ta nghĩ tới việc kẻ thêm đường phụ nhằm kết hợp được giả thiết với nhau cũng như ghép EF và EB là hai cạnh tương ứng của hai tam giác bằng nhau. Từ đó chúng ta có hai hướng giải sau:

= 135° nên cần ghép EB vào tam giác có góc đối diện với • Cách 1. Có thể EF ghép vào ∆AEF có EAF nó cũng bằng 135° . Khai thác yếu tố tam giác vuông cân ADB, ta lấy điểm K trên BD sao cho ∆DEK vuông cân.

= 45° , tia AD là tia phân giác góc ngoài đỉnh A của ∆ABC , nên có thể kẻ EM, • Cách 2. Nhận thấy BAD EN vuông góc với các đường thẳng AC, AB. Dễ chứng minh được EM = EN . Từ đó cũng có lời giải. * Trình bày lời giải. - Cách 1. Trên đoạn BD lấy điểm K sao cho BK = EA (1) . Vì tam giác DAB vuông cân tại D nên ∆DKE vuông cân tại

= 45° , do đó: BKE = 180° − 45° = 135° ; D, suy ra DKE = 45° + 90° = 135° , Mà EAF = EAF ( 2) Nên BKE = 90° − DEB = = 90° ) AEF ( 3) (do BEF Mặt khác, KBE Từ (1), (2), (3) suy ra: ∆BKE = ∆EAF ( g.c.g ) Từ đó EF = EB . - Cách 2. Vẽ EM, EN vuông góc với các đường thẳng AC, AB.

= NAE ( = 45° ) ; ∆AME và ∆ANE có: AME = ANE ( = 90° ) ; MAE AE là cạnh chung

⇒ ∆AME = ∆ANE (cạnh huyền – góc nhọn) ⇒ EM = EN . Mặt khác, ∆AME và ∆ANE là tam giác vuông cân, suy ra

= 90° . MEN

(

)

= EMF ( = 90° ) ; BEN = FEM = 90° − FEN ; EN = EM ∆BNE và ∆FME có: ENB

⇒ ∆BNE = ∆FME (cạnh huyền – góc nhọn) ⇒ EF = EB . 1 Ví dụ 8: Cho tam giác ABC vuông tại A, có ABC = 30° . Chứng minh rằng AC = BC . 2

Giải Trang 6

* Tìm cách giải. Từ đề bài, suy ra được. Gợi cho chúng ta liên tưởng tới góc của tam giác đều. Phân tích kết luận AC =

1 BC , dễ dàng cho chúng ta hai hướng suy luận: 2

• Hướng 1. Tạo ra một đoạn thẳng bằng 2. AC , sau đó chứng minh đoạn thẳng ấy bằng BC. Chú ý

ACB = 60° , nên chúng ta dựng điểm D trên tia CA sao cho CD = 2. AC , sau đó chứng minh BC = CD . Bài toán được giải quyết. • Hướng 2. Tạo ra một đoạn thẳng bằng

1 .BC , sau đó chứng minh đoạn thẳng ấy bằng AC. Chú ý 2

ACB = 60° , nên chúng ta gọi trung điểm M của BC. Sau đó chứng minh CM = AC . Bài toán được giải quyết. * Trình bày lời giải.

• Cách 1. Dựng điểm D trên tia đối tia AC sao cho AD = AC .

= BAD = 90° ; AB là cạnh chung, ∆ABC và ∆ABD có AD = AC ; BAC do đó ∆ABC = ∆ABD ( c.g.c ) ⇒ BC = BD .

∆BCD có ACB = 60° , BC = BD ⇒ ∆BCD đều ⇒ BC = CD . Vậy 1 AC = .BC . 2 • Cách 2. Gọi M trung điểm của BC.

∆ABC vuông tại A có M là trung điểm của BC, suy ra: MA = MB = MC (theo

ví dụ 10, chuyên đề 8). ∆MAC có MA = MC , ACB = 60° nên ∆MAC là tam giác đều, suy ra AC = MC . Vậy AC =

1 BC . 2

* Nhận xét. Đây là một tính chất thú vị về một tam giác vuông đặc biệt. Tính chất được phát biểu như sau: Trong một tam giác vuông có một góc bằng 30° , thì cạnh đối diện với góc 30° bằng nửa cạnh huyền.

1 Ví dụ 9: Cho tam giác ABC có M là trung điểm cạnh BC. Biết rằng AM = .BC , chứng minh rằng tam 2 giác ABC vuông tại A.

Giải

. ∆AMC có AM = CM , nên ∆AMC cân tại M ⇒ A2 = C 2 . ∆AMB có AM = BM , nên ∆AMB cân tại M ⇒ A1 = B 1 +C = 180° A +B ∆ABC có 2 1

Trang 7

⇒ A + A2 + A1 = 180° ⇒ 2 A = 180° ⇒ A = 90° . Vậy tam giác ABC vuông tại A.

* Nhận xét. Đây là một tính chất thú vị để nhận biết tam giác vuông. C. Bài tập vận dụng

= 60° . Tính số đo góc CDE . 9.1. Cho hình vẽ bên. Biết rằng AB = AC ; AD = AE và BAD

= 80° và điểm D trên cạnh AC. Lấy E thuộc AB, F thuộc BC sao cho AE = AD 9.2. Tam giác ABC có B . và CF = CD . Tính số đo góc EDF

9.3. Cho tam giác ABC vuông tại B ( AB > BC ) . Đường trung trực của đoạn thẳng AC cắt AC và AB lần lượt tại D và E. Biết rằng

BCE DCE . Tính số đo ACB . = 5 2

= 114° ; AB + BD = AC . 9.4. Cho tam giác ABC có đường phân giác góc A cắt BC tại D. Biết rằng BAC Tính số đo góc ACB .

9.5. Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên cạnh BC lấy hai điểm M và N sao cho BM = BA ; CN = CA . Tính góc MAN.

9.6. Cho tam giác ABC nhọn. Lấy D thuộc AC sao cho AB = BD , lấy điểm E thuộc AB sao cho

= 150° . Tính số đo góc BAC . AC = CE . Gọi F là giao điểm của BD và CE. Biết BFC 9.7. Tìm x trong hình vẽ sau:

Trang 8

9.8. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên tia đối của tia BC lấy điểm D, trên tia đối của tia CB lấy điểm E sao cho BD = CE . a) Chứng minh rằng tam giác ADE là tam giác cân. b) Kẻ BH ⊥ AD ( H ∈ AD ) , kẻ CK ⊥ AE ( K ∈ AE ) . Chứng minh rằng BH = CK . c) Gọi O là giao điểm của BH và CK. Tam giác OBC là tam giác gì? Vì sao?

= 2.C . Kẻ AH vuông góc BC (H thuộc BC). Trên tia đối BA lấy BE = BH . 9.9. Cho tam giác ABC có B Đường thẳng EH cắt AC tại F. Chứng minh: a) FH = FA = FC . b) AE = HC .

(

)

< 90° , đường cao AH. Kẻ HI vuông góc với AB, kẻ HK vuông góc với 9.10. Cho tam giác ABC BAC AC. Gọi E; F lần lượt là điểm sao cho I; K lần lượt là trung điểm của HE và HF. Đường thẳng EF cắt AB; AC lần lượt tại M và N. Chứng minh rằng: a) AE = AF ;

. b) HA là phân giác của MHN 9.11. Cho đoạn thẳng AB và điểm C nằm giữa A và B. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ hai tam giác đều ACD và BCE. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AE và BD. Chứng minh rằng: a) AE = BD . b) ∆CME = ∆CNB . c) Tam giác MNC là tam giác đều.

9.12. Cho tam giác LMN có 3 góc đều nhọn. Dựng ra phía ngoài tam giác ấy ba tam giác đều LMA; MNB và NLC. Chứng minh rằng: LB = MC = NA .

= 120° . Oy là tia phân giác xOz ; Ot là tia phân giác của xOy . M là điểm miền trong 9.13. Cho góc xOz góc yOz. Vẽ MA vuông góc Ox, MB vuông góc Oy, MC vuông góc Ot. Chứng minh rằng:

OC = MA − MB .

9.14. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Trên cạnh AB lấy điểm D. Trên cạnh AC lấy điểm E sao cho AD = AE . Các đường thẳng vuông góc kẻ từ A và E với CD cắt BC ở G và H. Đường thẳng EH và đường thẳng AB cắt nhau ở M. Đường thẳng kẻ từ A song song với BC cắt MH ở I. Chứng minh rằng: a) ∆ACD = ∆AME ; b) ∆AGB = ∆MIA ; c) BG = GH .

9.15. Cho tam giác ABC với ABC = ACB = 36° . Trên tia phân giác của góc ABC lấy điểm N sao cho

= 12° . Hãy so sánh độ dài của CN và CA. BCN

Trang 9

9.16. Cho ∆ABC có các tia phân giác trong của góc B và C cắt nhau tại I. Qua I kẻ đường thẳng song song với BC cắt AB, AC tại D và E. Chứng minh BD + CE = DE .

9.17. Cho ∆ABC có M là trung điểm BC. Biết rằng AM là phân giác góc BAC. Chứng minh rằng: ∆ABC cân.

9.18. Cho M là một điểm bất kỳ nằm trong tam giác đều ABC. Chứng minh rằng từ ba đoạn MA, MB, MC ta có thể dựng được một tam giác.

Trang 10

Hướng dẫn giải

=C =α 9.1. ∆ABC ( AB = AC ) cân. Đặt B + BAD = α + 60° . ∆ABD có ADC = B ADE = AED ∆ADE ( AD = AE ) cân nên

= = ⇒ AED + CDE ADE + CDE ADC = α + 60° + CDE . ∆CED có AED = C Từ đó suy ra:

+ CDE + CDE = = C AED + CDE ADC = α + 60° = α + 60° ⇒ CDE = 30° . ⇒ α + 2.CDE +C = 180° mà B = 80° ⇒ = 100° . 9.2. ∆ABC có A +B A +C = 180° − A . ∆AED cân tại A ⇒ D 1 2 = 180° − C . ∆CDF cân tại C ⇒ D 2 2 +D = 360° − A − C = 130° . Suy ra: D 1 2 2

= 50° ⇒ EDF = 50° . Do vậy D 3 9.3. ∆AEC có ED là đường trung trực của AC nên dễ dàng chứng minh được ∆AEC cân tại E

= BAC mà BAC + + ⇒ DCE ACB = 90° ⇒ DCE ACB = 90° Đặt

BCE DCE = = x° 5 2

= 5 x° ; BCE = 2 x° ⇒ DCE Suy ra: 5 x° + 5 x° + 2 x° = 90° ⇒ x° = 7,5°

= 5.7,5° = 37,5° ; BCE = 2.7, 5° = 15° Do vậy DCE ⇒ ACB = 37,5° + 15° = 52,5° . 9.4. Trên cạnh AC lấy điểm M sao cho AM = AB Từ giả thiết suy ra MC = BD (1)

= CAD ; AD là cạnh chung ∆ABD và ∆AMD có AB = AM ; BAD

⇒ ∆ABD = ∆AMD ( c.g.c ) ⇒ BD = MD ; ABD = AMD ( 2 ) Từ (1) và (2) suy ra MD = MC ⇒ ∆MCD cân

AMD = 2. ACB (góc ngoài của tam giác) ⇒ ABC = 2. ACB ⇒

Trang 11

Mà ABC + ACB = 180° − 114° = 66° nên ACB = 66° : 3 = 22° .

9.5. ∆ABM ( BA = BM ) cân tại B ⇒ AMB =

180° − B . 2

180° − C ∆CAN ( CA = CN ) cân tại C ⇒ ANC = . Suy ra: 2 + 180° − C 360° − 90° 180° − B = = 135° . AMB + ANC = 2 2

= 180° . ∆AMN có AMB + ANC + MAN = 180° ⇒ MAN = 45° . Suy ra 135° + MAN 9.6. Theo tính chất góc ngoài tam giác ta có:

= BEF + BFC ABD ; = BAC + BEF ACE = (1) ⇒ BFC ABD + ACE + BAC

. ∆ABD cân tại B nên ABD = 180° − 2.BAC ∆ACE cân tại C nên ACE = 180° − 2.BAC = 180° − 2 BAC + 180° − 2 BAC + BAC Thay vào (1) ta có: BFC = 70° . Suy ra: BAC = EDA = 40° , nên nó là tam giác cân. 9.7. ∆AED có EAD Suy ra AED = 180° − 2.40° = 100° .

= 4x . ∆AEB cân tại E, theo tính chất góc ngoài tam giác: AEC = 2.B Suy ra 4 x + x = 100° , do đó x = 20° .

9.8.

= 180° ; a) ABD + ABC ACE + ACB = 180° (cặp góc kề bù) mà ABC = ACB ⇒ ABD = ACE

∆ABD và ∆ACE có AB = AC ; ABD = ACE ; BD = CE

⇒ ∆ABD = ∆ACE ( c.g.c ) ⇒ AD = AE ⇒ ∆ADE cân.

Trang 12

= CKE ; b) ∆BHD và ∆CKE có BHD ADB = AEC ; BD = CE ⇒ ∆BHD = ∆CKE ⇒ BH = CK

= KCE ⇒ OBC = OCB ⇒ ∆OBC cân tại O. c) ∆BHD = ∆CKE ⇒ HBD 9.9.

= 2.BHE . a) ∆BHE ( BH = BE ) cân tại B ⇒ ABC ⇒C = BHE Mà ABC = 2.C

= FHC ⇒ ∆CHF cân tại F ⇒C

⇒ FH = FC (1) + FHA = 90° ; CAH +C = 90° mà FHC =C ⇒ FHA = CAH Ta có FHC ⇒ ∆FHA cân tại F ⇒ FA = FH ( 2 ) Từ (1) và (2), suy ra: FH = FA = FC . b) Trên tia HC lấy HI = HB ⇒ ∆AHB = ∆AHI ( c.g.c )

(1) ABH = AIH ⇒ AIH = 2.C ⇒ AB = AI và + IAC ( 2) AIH = C Mà ∆AIC có

+ IAC = 2C ⇒ IAC =C Từ (1) và (2), suy ra: C ⇒ ∆IAC cân tại I ⇒ AI = IC . Từ đó suy ra AB = IC mặt khác BE = HI ( = BH )

⇒ AB + BE = IC + HI hay AE = HC .

9.10. a) ∆AIE và ∆AIH có: AIH = AIE ( = 90° ) ; IE = IH ; AI chung

⇒ ∆AIE = ∆AIH ( c.g .c ) ⇒ AE = AH . Tương tự, ta có: ∆AKF = ∆AKH ⇒ AF = AH ⇒ AE = AF .

= HAI b) ∆AIE = ∆AIH ⇒ EAI Trang 13

= HAM ; AM chung ∆AEM và ∆AHM có AE = AH ; EAM ⇒ ∆AEM = ∆AHM ( c.g .c ) AEM = AHM . ⇒ Tương tự, ta có ∆AHN = ∆AFN

AHN = AFN . ⇒ Mà ∆AEF cân tại A nên AEM = AFN ⇒ AHM = AHN .

. Suy ra HA là tia phân giác MHN 9.11. ( = 120° ) ; a) ∆ACE và ∆DCB có AC = DC ; ACE = DBC EC = BC

⇒ ∆ACE = ∆DCB ( c.g.c ) ⇒ AE = BD . = CBN b) ∆ACE = ∆DCB ⇒ CEM = CBN ; EM = BN ∆CME và ∆CNB có CE = CB ; CEM

⇒ ∆CME = ∆CNB ( c.g.c ) . c) ∆CME = ∆CNB

= NCB ⇒ CM = CN ; MCE − NCE = NCB − NCE = 60° ⇒ MCE = 60° ⇒ ∆MNC là tam giác đều. ⇒ MCN 9.12. ∆MLC và ∆ALN có AL = LM ;

(

)

= 60° + MLN ; ALN = MLC LN = LC ⇒ ∆MLC = ∆ALN ( c.g.c )

⇒ MC = AN . Chứng minh tương tự, ta có: ∆MAN = ∆MLB ( c.g.c )

⇒ AN = BL Từ đó suy ra: LB = MC = NA .

9.13.

Trang 14

Gọi E, I là giao điểm của MC với Oy; Ox.

⇒ ∆EOI đều. Từ đó dễ dàng chứng minh được ∆OCE = ∆EKO ⇒ OC = EK . Vẽ EH ⊥ MA ; EK ⊥ OI . Dễ dàng chứng minh được: ∆MBE = ∆MHE

⇒ MH = MB ∆OCE = ∆EKO ⇒ EK = OC MA − MB = MA − MH = HA = EK = OC .

9.14.

(

)

= MAE ; AD = AE ACD = AME = 90° − ADC ; CAD a) Ta có

⇒ ∆ACD = ∆AME ( g.c.g ) . b) ∆ACD = ∆AME ⇒ AC = AM ⇒ AB = AM

(đồng vị); ∆AGB và ∆MIA có: ABG = MAI = AB = AM ; BAG AMI (đồng vị)

⇒ ∆AGB = ∆MIA ( g .c.g ) . c) AG //MH (cùng vuông góc với CD)

= IHA (cặp góc so le trong). ⇒ GAH = IAH (so le trong); AI //GH ⇒ GHA AH chung, suy ra ∆AGH = ∆HIA ( g.c.g )

⇒ HG = AI mặt khác ∆AGB = ∆MIA ⇒ AI = BG . Từ đó suy ra BG = HG .

9.15. Trên tia BA lấy điểm D sao cho BD = BC . Ta có tam giác BCD cân tại B.

Trang 15

= BDC = 180° − 36° = 72° . Vì ABC = 36° nên BCD 2 = Ta lại có DAC ABC + ACB = 36° + 36° = 72° (tính chất của góc ngoài).

= DAC ( = 72° ) . ⇒ BDC Suy ra tam giác ACD cân tại C do đó CA = CD (1) . Xét tam giác BDN và BCN có:

= DBN nên suy ra ∆BDN = ∆BCN ( c.g .c ) BN chung, BD = BC và CBN = BCD − BCN = 72° − 12° = 60° ⇒ CN = DN ⇒ ∆NCD cân tại N, lại có: NCD ⇒ ∆NCD là tam giác đều

⇒ CN = CD ( 2 ) Từ (1) và (2), ta có: CA = CN .

; I = C . 9.16. DE //BC nên I 1 = B 1 2 2 =B (giả thiết) Mà B 1 2 =C (giả thiết) suy ra: I = B ; I = C . C 1 2 1 2 2 1 Do đó ∆DIB ; ∆EIC là các tam giác cân đỉnh D và E. Nên DI = BD ; EI = CE . Vậy DE = DI + IE = BD + CE .

9.17. Trên tia đối của tia MA lấy D sao cho MD = MA . - Xét ∆ABM và ∆DCM có: MB = MC (giả thiết);

=M (đối đỉnh); AM = MD M 1 2 . A1 = D do đó ∆AMB = ∆DMC ( c.g.c ) nên AB = DC ; 1

suy ra D = A1 = A A2 hay ∆ACD cân tại C Mặt khác 2 1 ⇒ AC = CD ⇒ AC = AB . Vậy ∆ABC cân.

* Nhận xét. Để chứng minh ∆ABC cân ta chưa tìm được cách nào trực tiếp để chứng minh cặp cạnh bằng nhau hoặc cặp góc bằng nhau, cũng như vận dụng BM = CM . Vì vậy, việc kẻ thêm đường phụ là điều cần thiết.

9.18. Dựng tam giác đều AMN (N và B khác phía đối với AC). Ta có MA = MN . Mặt khác,

= BAM = 60° − MAC . Suy ra ∆MAB = ∆NAC ( c.g.c ) dẫn đến MB = NC . Rõ ràng tam giác MCN CAN có các cạnh tương ứng bằng MA, MB, MC .

Trang 16

Trang 17

Chương II TAM GIÁC Chuyên đề 10. ĐỊNH LÝ PY-TA-GO A. Kiến thức cần nhớ Trong toán học, định lý Py-ta-go là một liên hệ trong hình học phẳng giữa ba cạnh tam giác của một tam giác vuông. - Pythagoras (tiếng Hy Lạp: Πυθαγόρας; sinh khoảng năm 580 đến 572 TCN - mất khoảng năm 500 đến 490 TCN) là một nhà triết học người Hy Lạp và là người sáng lập ra phong trào tín ngưỡng có tên học thuyết Pythagoras. Ông thường được biết đến như một nhà khoa học và toán học vĩ đại. Trong tiếng Việt, tên của ông thường được phiên âm từ tiếng Pháp (Pythagore) thành Py-ta-go. - Pythagoras đã thành công trong việc chứng minh tổng 3 góc của một tam giác bằng 180° và nổi tiếng nhất nhờ định lý toán học mang tên ông. Ông cũng được biết đến là "cha đẻ của số học". Ông đã có nhiều đóng góp quan trọng cho triết học và tín ngưỡng vào cuối thế kỷ 7 TCN. Về cuộc đời và sự nghiệp của ông, có quá nhiều các huyền thoại khiến việc tìm lại sự thật lịch sử không dễ dàng. Pythagoras và các học trò của ông tin rằng mọi sự vật đều liên hệ đến toán học, và mọi sự việc đều có thể tiên đoán trước qua các chu kỳ. 1) Định lí Py-ta-go Trong một tam giác vuông, bình phương của cạnh huyền bằng tổng các bình phương của hai cạnh góc vuông. ∆ABC vuông tại A ⇒ BC 2 = AB 2 + AC 2 .

2) Định lí Py-ta-go đảo Nếu một tam giác có bình phương của một cạnh bằng tổng các bình phương của hai cạnh kia thì tam giác đó là tam giác vuông.

= 90° . ∆ABC : BC 2 = AB 2 + AC 2 ⇒ BAC B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho hình vẽ sau. Tìm x:

Trang 1

Giải * Tìm cách giải. Trong một tam giác vuông nếu biết độ dài hai cạnh thì tìm được độ dài cạnh thứ

ba. Xét ∆ADE ta tính được AE từ đó xét ∆ABC , tính được BC. * Trình bày lời giải.

Tam giác ADE vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AD 2 + AE 2 = DE 2 ⇒ 32 + AE 2 = 52 ⇒ AE = 4 .

Từ đó suy ra AB = 8 . Tam giác ABC vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ 82 + 62 = BC 2 ⇒ BC = 10 .

Ví dụ 2: Cho tam giác ABC vuông tại A. Biết 3 AB = 4 AC và BC = 20cm . Tính độ dài các cạnh AB và AC.

Giải * Tìm cách giải. Bài toán biết độ dài cạnh huyền tam giác vuông, tính độ dài hai cạnh góc vuông

của tam giác ấy, tất yếu suy nghĩ tới việc dùng định lý Py-ta-go. Bài toán cho 3 AB = 4 AC . Khai thác yếu tố này, chúng ta có thể giải bài toán theo ba cách: * Trình bày lời giải.

- Cách 1. Tam giác ABC vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ AB 2 + AC 2 = 400

Từ đề bài: 3 AB = 4 AC ⇒

AB AC AB 2 AC 2 = ⇒ = 4 3 16 9

Áp dụng tính chất dãy tỷ số bằng nhau, ta có:

AB 2 AC 2 AB 2 + AC 2 400 = = = = 16 16 9 16 + 9 25

⇒ AB 2 = 16.16 ⇒ AB = 16cm AC 2 = 9.16 ⇒ AC = 12cm .

- Cách 2. Tam giác ABC vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ AB 2 + AC 2 = 400 Từ đề bài, đặt:

k k k2 k2 3 AB = 4 AC = k ( k > 0 ) ⇒ AB = ; AC = ⇒ AB 2 = ; AC 2 = 3 4 9 16 AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒

k2 k2 + = 400 ⇒ 25k 2 = 57600 ⇒ k 2 = 2304 9 16

Với k > 0 ⇒ k = 48 . Từ đó suy ra AB = 16cm , AC = 12cm .

- Cách 3. Tam giác ABC vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: Trang 2

AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ AB 2 + AC 2 = 400 Từ đề bài, đặt: 3 AB = 4 AC ⇒ AB = AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒

4. AC 16. AC 2 ⇒ AB 2 = 3 9

16. AC 2 25. AC 2 + AC 2 = 400 ⇒ = 400 ⇒ AC 2 = 144 9 9

Từ đó suy ra AC = 12cm , AB = 16cm .

Ví dụ 3: Gấp mảnh giấy hình chữ nhật như hình dưới đây sao cho điểm D trùng với điểm E, là một điểm nằm trên cạnh BC. Biết rằng AD = 10cm , AB = 8cm . Tính độ dài của CE.

Giải * Tìm cách giải. Khi gấp hình, chúng ta lưu ý các yếu tố bằng nhau. Suy ra được AE = AD

Để tính CE, chúng ta chỉ cần tính BE. Từ đó chúng ta có lời giải sau: * Trình bày lời giải. Ta có AEF = ADF = 90° ; AD = AE = 10cm . Áp dụng định lý Py-ta-go trong tam giác vuông ABE, ta có: BE 2 = AE 2 − AB 2 ⇒ BE 2 = 10 2 − 82 = 36 ⇒ BE = 6cm . Suy ra CE = 10 − 6 = 4cm .

Ví dụ 4: Cho tam giác ABC cân tại A, A = 30° ; BC = a . Lấy điểm D trên cạnh AC sao cho

= 60° . Tính độ dài AD theo a. CBD Giải - Cách 1. Tam giác ABC cân tại A; A = 30° nên ABC = ACB = 75° . Trên nửa mặt phẳng bờ BC, chứa điểm A, vẽ ∆BIC vuông cân tại I thì I nằm trong ∆ABC .

= 45° ; IBA = 30° ⇒ IBD = 15° ⇒ Ta có: CBI ABD = 15° . ∆IAB và ∆IAC có AB = AC ; IB = IC ; AI là cạnh chung.

= IAC = 15° . Do đó ∆IAB = ∆IAC ( c.c.c ) ⇒ IAB ∆IAB

và

∆DBA có

= DBA ( = 15° ) ; AB là cạnh chung; IBA

( = 30° ) . Do đó ∆IAB = ∆DBA ( g.c.g ) ⇒ IB = AD . ABI = BAD ∆IBC vuông cân tại I, theo định lý Py-ta-go, ta có:

BI 2 + IC 2 = BC 2 = a 2 ⇒ 2.BI 2 = a 2 ⇒ BI =

a 2

Trang 3

Suy ra AD =

a . 2

- Cách 2. Trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa điểm B, dựng tia

= 45° . Trên Ax lấy điểm E sao cho AE = BC . Suy Ax sao cho CAx = 75° . ra BAE ( = 75° ) ; ABC = BAE ∆ABC và ∆BAE có AB là cạnh chung; AE = BC . Do đó ∆ABC = ∆BAE ( c.g.c ) .

⇒ = 15° . ⇒ AC = BE ; ABE = BAC ABE = 30° ⇒ DBE ( = 15° ) ; BD ∆ABD và ∆EBD có AB = EB ( = AC ) ; ABD = EBD là cạnh chung. Do đó ∆ABD = ∆EBD ( c.g.c ) ⇒ AD = ED ⇒ ∆AED vuông cân tại D.

∆ADE vuông cân tại D, theo định lý Py-ta-go, ta có:

AD 2 + ED 2 = AE 2 = a 2 ⇒ 2. AD 2 = a 2 ⇒ AD =

a . 2

Ví dụ 5: Cho ∆ABC vuông tại A. Lấy D là trung điểm của AB. Từ D vẽ DE vuông góc với BC. Chứng minh rằng: EC 2 − EB 2 = AC 2 .

Giải * Tìm cách giải. Để chứng minh đẳng thức, chỉ chứa các bình phương độ dài đoạn thẳng, chúng ta sử dụng định lý Py-ta-go vào các tam giác vuông, chú ý tạo ra vế trái, rồi biến đổi đại số tạo ra vế phải. * Trình bày lời giải. Vận dụng định lý Py-ta-go trong tam giác vuông, ta có:

EC 2 = DC 2 − DE 2 ;

BE 2 = BD 2 − DE 2 ; ⇒ EC 2 − BE 2 = ( DC 2 − DE 2 ) − ( BD 2 − DE 2 ) ⇒ EC 2 − EB 2 = DC 2 − BD 2 ⇒ EC 2 − EB 2 = DC 2 − AD 2 (vì BD = AD ) ⇒ EC 2 − EB 2 = AC 2 .

Ví dụ 6: Cho ∆ABC vuông cân tại đỉnh A. Qua A kẻ đường thẳng xy bất kỳ không cắt đoạn thẳng BC. Kẻ BM và CN vuông góc với xy . Chứng minh: a) ∆ACN = ∆BAM . Trang 4

b) CN + BM = MN . c) BM 2 + CN 2 không phụ thuộc vào vị trí xy . d) Tìm điều kiện xy để A là trung điểm MN.

Giải * Tìm cách giải. • Để chứng minh một biểu thức hình học không phụ thuộc vào vị trí của yếu tố hình học nào đó, ta biến đổi chứng tỏ biểu thức đó bằng kết quả chỉ chứa yếu tố cố định. • Để tìm điều kiện hình học thỏa mãn yêu cầu nào đó, ta coi yêu cầu đó là giả thiết từ đó suy ra điều kiện cần tìm. * Trình bày lời giải. +A = 90° ; = 90° nên B = A1 . a) Ta có: B A1 + A 1 1 2 2 - ∆BAM

và ∆ACN

=N ( = 90° ) ; có M

= B A1 ; 1

AB = AC nên ∆BAM = ∆ACN (cạnh huyền – góc nhọn) b) ∆BAM = ∆ACN nên BM = AN ; AM = CN Suy ra: BM + CN = AN + AM = MN . c) Áp dụng định lý Py-ta-go cho tam giác vuông BAM:

BM 2 + AM 2 = AB 2 hay BM 2 + CN 2 = AB 2 Suy ra BM 2 + CN 2 không phụ thuộc vào vị trí xy . d) ∆BAM = ∆ACN nên AM = CN

AM = AN ⇔ AN = CN hay ∆ACN vuông cân tại N

A1 = 45° ⇔ xy //BC . ⇔ * Nhận xét. • Nếu gọi I là trung điểm của BC ta còn có kết quả đẹp: ∆IMN vuông cân.

= 20° . Trên đường phân giác BE của góc Ví dụ 7: Cho tam giác ABC có ABC lấy A = 50° ; B = 20° . Gọi I là trung điểm của AF, K là giao điểm của tia EI với AB; M là giao điểm F sao cho FAB 1   điểm của CK với EB. Chứng minh rằng: AI 2 + EI 2 = AF .  MF + KE  . 2  

Giải * Tìm cách giải. Phân tích kết luận AI 2 + EI 2 gợi cho chúng ta dùng định lý Py-ta-go. Dựa vào hình vẽ, chúng ta phán đoán tam giác AIE vuông tại I. Sau đó chứng minh dự đoán này.

; FAE = 30° ; = 10° . Phân tích từ giả thiết, với các yếu tố về góc, chúng ta tính được C ABE = CBE = 60° . Từ phân tích đó, chúng ta có lời giải sau: Từ đó tính được BEC * Trình bày lời giải. Trang 5

+ ∆ABF có AFE = BAF ABF = 30° (tính chất góc ngoài của tam giác). = EFA ⇒ ∆EAF cân đỉnh E ⇒ EA = EF . Suy ra EAF

∆EAI và ∆EFI có IA = IF ; EA = EF ; EI là cạnh chung ⇒ ∆EAI = ∆EFI ( c.c.c ) ; = 90° ⇒ AEI = FEI = 1 AEF = 60° . ⇒ AEI = FEI AIE = FIE 2 Từ đó suy ra ∆CEB = ∆KEB ( g.c.g ) ⇒ EC = EK ;

= BEK = 60° BC = BK ; BEC

⇒ ∆EKM = ∆ECM ( c.g.c ) = EMC = 90° ⇒ EMK ⇒ EM =

1 EK (theo ví dụ 8, chuyên đề 9) 2

∆AIE vuông tại I suy ra: 1   AI 2 + EI 2 = AE 2 = AE.EF = AE ( MF + EM ) = AE  MF + EK  . 2  

Ví dụ 8: Cho tam giác ABC có M là trung điểm của cạnh BC. Biết AB = 2cm ; AC = 4cm và

và độ dài BC. AM = 3cm . Hãy tính số đo góc BAC Giải Trên tia AM lấy điểm D sao cho M là trung điểm của AD ⇒ AD = 2 3cm

; ∆AMB và ∆DMC có MB = MC ; AMB = DMC MA = MD

⇒ ∆AMB = ∆DMC ( c.g.c ) ⇒ AB = DC = 2cm . ∆ADC

có

(

DC 2 + AD 2 = 22 + 2 3

)

2

= 16 ;

AC 2 = 16 ⇒ DC 2 + AD 2 = AC 2 ⇒ ∆ADC vuông tại D (định lý đảo Py-ta-go)

= 90° ⇒ MAB = 90° ⇒ MDC Gọi E là trung điểm AC ⇒ DE = 2cm = CE = DC (theo ví dụ 10, chuyên đề 8) ⇒ ∆DCE là tam giác đều

= 60° ⇒ MAC = 30° ⇒ BAC = 120° . ⇒ DCE

∆ABM vuông tại A nên MB 2 = AB 2 + AM 2 = 22 +

( 3)

2

=7

Trang 6

⇒ MB = 7cm ⇒ BC = 2 7cm .

C. Bài tập vận dụng 10.1. Cho tam giác ABC nhọn, kẻ AH vuông góc với BC tại H. Biết AB = 10cm ; AH = 8cm ; HC = 15cm . Tính chu vi tam giác ABC.

10.2. Tìm x trong hình vẽ sau:

10.3. Cho tam giác ABC có góc A nhọn. Vẽ ra phía ngoài tam giác đó các tam giác ABM, ACN vuông cân tại A. BN và MC cắt nhau tại D. a) Chứng minh: ∆AMC = ∆ABN . b) Chứng minh: BN ⊥ CM . c) Cho MB = 3cm ; BC = 2cm ; CN = 4cm . Tính MN. d) Chứng minh rằng DA là phân giác của góc MDN.

=D = 90° , BC = 4cm ; CD = 6cm . Tính độ dài đoạn 10.4. Cho hình vẽ sau. Biết rằng A = 60° ; B thẳng AB?

10.5. Trong tam giác vuông dưới đây, biết BC = 3cm ; CD=2cm; AC = n và AD = m . Tính giá trị c ủa m 2 − n 2 .

Trang 7

10.6. Cho tam giác ABC vuông tại A. Kẻ AH vuông góc với BC tại H. Chứng minh rằng: BH 2 + CH 2 + 2 AH 2 = BC 2 .

10.7. Cho tam giác ABC cân tại A. Vẽ AH ⊥ BC . Vẽ HM ⊥ AB , HN ⊥ AC . Chứng minh: a) ∆AMN cân; b) Chứng minh MN //BC . c) Chứng minh AH 2 + BM 2 = AN 2 + BH 2 . 3 10.8. Cho ∆ABC vuông tại A. Gọi M là trung điểm của BC. Chứng minh: BM 2 = BC 2 − . AC 2 . 4

10.9. Cho ∆ABC cân tại A có A < 90° . Kẻ BH vuông góc với AC. Chứng minh rằng AB 2 + AC 2 + BC 2 = 2.BH 2 + 2. AH 2 + CH 2 .

10.10. Cho tam giác ABC. Từ điểm M nằm bên trong tam giác kẻ MD, ME, MF lần lượt vuông góc với BC, CA, AB. Chứng minh rằng: AF 2 + BD 2 + CE 2 = AE 2 + BF 2 + CD 2 .

10.11. Cho tam giác ABC nhọn có đường cao AD; BE cắt nhau tại H. Chứng minh rằng: AH 2 + BC 2 = CH 2 + AB 2 .

10.12. Cho đoạn thẳng BC cố định, M là trung điểm của đoạn thẳng BC. Vẽ góc CBx sao cho

= 45° , trên tia Bx lấy điểm A sao cho độ dài đoạn thẳng BM và BA tỉ lệ với 1 và CBx

2 . Lấy điểm

D bất kì thuộc đoạn thẳng BM. Vẽ BH và CI vuông góc đường thẳng AD. Đường thẳng AM cắt CI tại N. Chứng minh rằng: a) BH 2 + CI 2 có giá trị không đổi khi D di chuyển trên đoạn thẳng BM. b) Tia phân giác của góc HIC luôn đi qua một điểm cố định.

10.13. Cho tam giác ABC vuông tại A. Đường cao AH, trên đó lấy điểm D. Trên tia đối HA lấy E sao cho HE = AD . Đường vuông góc với AH tại D cắt AC tại F. Chứng minh EB vuông góc với EF.

10.14. Cho tam giác ABC có góc A = 30° . Dựng bên ngoài tam giác ABC tam giác đều BCD. Chứng minh rằng AD 2 = AB 2 + AC 2 .

Trang 8

Hướng dẫn giải 10.1. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: ∆ABH vuông, nên AH 2 + BH 2 = AB 2

64 + BH 2 = 100 ⇒ BH = 6 ( cm ) . ∆ACH vuông, nên AC 2 = AH 2 + HC 2

AC 2 = 64 + 225 ⇒ AC = 17 ( cm ) . Chu vi ∆ABC là: AB + AC + BC = 10 + 17 + 6 + 15 = 48 ( cm ) .

10.2. Tam giác ABC vuông tại A. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ 62 + 6 2 = BC 2 ⇒ BC 2 = 72 .

Tam giác BCD vuông tại C. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: BC 2 + CD 2 = BD 2 ⇒ 72 + 32 = BD 2 ⇒ BD 2 = 81 ⇒ BD = 9 .

Từ đó suy ra x = 9 .

10.3.

= BAN (cùng bằng 90° + BAC ). a) Ta có MAC

MA = AB ( ∆MAB vuông cân tại A) AC = AN (tam giác NAC vuông cân tại A)

⇒ ∆AMC = ∆ABN ( c.g.c ) . b) Gọi giao điểm của BN với AC là F.

(vì ∆AMC = ∆ABN ), (đối ANF = FCD AFN = CFD đỉnh)

= FAN . Do đó BN ⊥ CM . Từ đó suy ra FDC c) Áp dụng định lý Py-ta-go vào các tam giác vuông MDN, BDC, MDB, NDC, ta có:

MN 2 + BC 2 = MD 2 + ND 2 + BD 2 + CD 2 BM 2 + CN 2 = MD 2 + BD 2 + ND 2 + CD 2

⇒ MN 2 + BC 2 = BM 2 + CN 2 ⇒ MN 2 = MB 2 + NC 2 − BC 2 .

Thay MB = 3cm , BC = 2cm , CN = 4cm , vào đẳng thức MN 2 = MB 2 + NC 2 − BC 2 , tính được

MN = 21cm . d) Trên tia BN lấy điểm E, sao cho BE = MD .

∆AMD = ∆ABE ( c.g.c ) Suy ra AD = AE ⇒ ∆ADE cân tại A (1) Trang 9

= BAE ⇒ DAE = MAB = 90° ∆AMD = ∆ABE ⇒ MAD ⇒ ∆ADE vuông tại A (2).

1 Từ (1) và (2) . ADE = 45° ⇒ ADE = MDN 2 . ⇒ DA là phân giác của MDN = 30° . 10.4. Ta kéo dài AD và BC sao cho chúng cắt nhau tại E. Suy ra E = 30° nên CE = 2.CD = 12cm (theo ví dụ 8, chuyên đề 9) ∆CDE vuông tại D có E ⇒ BE = 4 + 12 = 16cm .

= 30° nên AE = 2. AB = 2 x (theo ví dụ 8, chuyên đề 9). Đặt AB = x , ∆ABE vuông tại B có E Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có:

BE 2 + AB 2 = AE 2 BE 2 = 162 = 256

Ta có AB 2 = x 2 ; AE 2 = 4 x 2 . Nên 256 + x 2 = 4 x 2 ⇔ 256 = 3x 2 ⇔ x2 =

256 16 16 3 cm . ⇒x= = 3 3 3

10.5. ∆ABC vuông suy ra: AB 2 = AC 2 − BC 2

∆ABD vuông suy ra: AB 2 = AD 2 − BD 2 Do đó: AD 2 − BD 2 = AC 2 − BC 2 ⇒ AD 2 − AC 2 = BD 2 − BC 2

⇒ m 2 − n 2 = 52 − 32 = 16 .

10.6. Áp dụng định lý Py-ta-go trong tam giác vuông ABC, AHB, AHC, ta có: BC 2 = AB 2 + AC 2

⇒ BC 2 = AH 2 + BH 2 + AH 2 + HC 2 ⇒ BC 2 = BH 2 + CH 2 + 2. AH 2 (điều phải chứng minh).

10.7.

=C a) ∆AHB và ∆AHC có AB = AC ; AHB = AHC ( = 90° ) ; B

⇒ ∆AHB = ∆AHC (cạnh huyền – góc nhọn) = CAH . ⇒ BH = CH ; BAH

Trang 10

( = 90° ) ; MAH = NAH ; AH chung AMH = CAH ∆AMH và ∆ANH có ⇒ ∆AMH = ∆ANH (cạnh huyền – góc nhọn) ⇒ AM = AN ⇒ ∆AMN cân. A 180° − b) ∆ABC cân tại A ⇒ . ABC = 2 AMN = ∆AMN cân tại A ⇒

180° − A . 2

Suy ra ABC = AMN , mà hai góc ở vị trí đồng vị nên MN //BC . c) Áp dụng định lý Py-ta-go trong các tam giác vuông, ta có: AH 2 + BM 2 = AN 2 + HN 2 + BH 2 − HM 2 = AN 2 + BH 2 (vì HM = HN ).

10.8. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: BM 2 = AB 2 + AM 2 BM 2 = BC 2 − AC 2 + AM 2 BM 2 = BC 2 − AC 2 +

AC 2 4

3 Hay BM 2 = BC 2 − . AC 2 . 4

10.9. Áp dụng định lý Py-ta-go cho các tam giác vuông ABH; BCH ta có:

AB 2 = BH 2 + AH 2 (1) BC 2 = BH 2 + CH 2 ( 2 ) AC 2 = BH 2 + AH 2 (vì AB = AC ) (3).

Cộng từng vế (1), (2), (3), ta có: AB 2 + AC 2 + BC 2 = 3.BH 2 + 2. AH 2 + CH 2 .

10.10. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AF 2 = AM 2 − MF 2 BD 2 = BM 2 − MD 2 CE 2 = CM 2 − ME 2

Suy ra AF 2 + BD 2 + CE 2 = AM 2 + BM 2 + CM 2 − MF 2 − MD 2 − ME 2 = ( AM 2 − ME 2 ) + ( BM 2 − MF 2 ) + ( CM 2 − MD 2 ) = AE 2 + BF 2 + CD 2 .

10.11. Áp dụng định lý Py-ta-go, ta có: AH 2 = AE 2 + HE 2 ; BC 2 = BE 2 + CE 2

⇒ AH 2 + BC 2 = AE 2 + BE 2 + HE 2 + CE 2 . = AB 2 + CH 2 .

Trang 11

10.12. a) Từ M kẻ tia My vuông góc với BC và cắt tia Bx tại A′ . Tam giác BMA′ vuông cân tại M nên MB : BA′ = 1: 2 Suy ra A ≡ A′ nên AM vuông góc với BC Ta có ∆AMB = ∆AMC ( c.g.c ) nên AB = AC và góc ACB = 45°

= Tam giác ABC vuông cân tại A và có BAH ACI = 90° − CAH = I = 90° H, I là hình chiếu của B và C trên AD nên H Suy ra ∆AIC = ∆BHA ( c.h − g.n )

⇒ CI = AH . Ta có BH 2 + CI 2 = BH 2 + AH 2 = AB 2 (không đổi).

= IMA b) ∆BHM = ∆AIM ( c.g.c ) ⇒ HM = MI và BMH

+ BMI = 90° ⇒ BMH + BMI = 90° . mà IMA = 45° mà HIC = 90° ⇒ HIM = MIC = 45° ⇒ ∆HMI vuông cân ⇒ HIM . ⇒ IM là tia phân giác của góc HIC luôn đi qua điểm cố định M. Vậy tia phân giác của góc HIC 10.13. Vì AD = HE ( gt ) nên AH = DE . Áp dụng định lý Py-ta-go trong các tam giác vuông ABF; ABH; ADF; BHE; DEF ta được:

BF 2 = AB 2 + AF 2 = ( BH 2 + AH 2 ) + ( AD 2 + DF 2 )

= BH 2 + DE 2 + HE 2 + DF 2 (vì AH 2 = DE 2 ; AD 2 = HE 2 ) = ( BH 2 + HE 2 ) + ( DE 2 + DF 2 )

⇒ BF 2 = BE 2 + EF 2 Suy ra tam giác BEF vuông tại E (định lý Py-ta-go đảo) ⇒ BE ⊥ EF .

10.14. Dựng ra phía ngoài ∆ABC tam giác đều ACE.

= BAC + CAE = 90° và AC = AE = CE . ⇒ BAE = 90° theo định lý Py-ta-go, ta có: AB 2 + AE 2 = BE 2 ∆ABE có BAE

⇒ AB 2 + AC 2 = BE 2 (1)

Trang 12

(

)

= 60° + ACD = ECB ACB ; ∆CAD và ∆CEB có CA = CE ; CD = CB

⇒ ∆CAD = ∆CEB ( c.g.c ) ⇒ BE = AD ( 2 ) Từ (1) và (2) suy ra: AB 2 + AC 2 = AD 2 .

Trang 13

Chuyên đề 11. CÁC

TRƯỜNG HỢP BẰNG

NHAU CỦA TAM GIÁC VUÔNG A. Kiến thức cần nhớ Ngoài các trường hợp bằng nhau đã biết của hai tam giác vuông, còn có trường hợp bằng nhau theo cạnh huyền – cạnh góc vuông. • Nếu cạnh huyền và một cạnh góc vuông của tam giác vuông này bằng cạnh huyền và một cạnh góc vuông của tam giác vuông kia thì hai tam giác đó bằng nhau. ′ = 90° =A A   BC = B ′C′  ⇒ ∆ABC = ∆A′B ′C′ (cạnh huyền – cạnh góc vuông).  AC = A′C ′  

B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho tam giác cân tại A. Đường thẳng vuông góc với AB tại B cắt đường thẳng vuông góc với AC tại C ở D. Chứng minh rằng AD là tia phân giác của góc BAC.

Giải * Tìm cách giải. Để chứng minh AD là tia phân giác của góc BAC, chúng ta cần chứng minh

= CAD . Do đó hiển nhiên cần chứng minh ∆BAD = ∆CAD . BAD * Trình bày lời giải. = ACD (= 90°) ; AD là cạnh chung; AB = AC ( ∆ABC cân tại A). Xét ∆BAD và ∆CAD có: ABD

Do đó ∆BAD = ∆CAD (cạnh huyền - cạnh góc vuông)

= CAD (cặp góc tương ứng). ⇒ BAD Vậy AD là tia phân giác góc BAC. Trang 1

* Nhận xét. Chúng ta còn có DA là tia phân giác của góc BDC, tam giác DBC cân tại D. AD vuông góc với BC. Ví dụ 2: Cho tam giác ABC vuông tại A, vẽ AH vuông góc với BC. Trên cạnh BC lấy điểm E sao cho BE = BA . Kẻ EK ⊥ AC ( K ∈ AC) . Chứng minh rằng AK = AH. Giải * Tìm cách giải. Để chứng minh AK = AH , chúng ta cần ghép chúng vào hai tam giác và chứng minh hai tam giác đó bằng nhau. Do vậy cần chứng minh ∆AEH = ∆AEK . * Trình bày lời giải.

= BEA , EK / / AB (vì ∆ABE cân tại B nên BAE = AEK (so le cùng vuông góc với AC) ⇒ EAB

= AEK trong) ⇒ AEH ⇒ ∆AEH = ∆AEK (cạnh huyền - góc nhọn), suy

ra AK = AH . Ví dụ 3. Cho tam giác ABC (AB < AC), M là trung điểm của BC. Đường trung trực của BC cắt tia phân giác của góc BAC tại điểm P. Vẽ PH và PK lần lượt vuông góc với đường thẳng AB và đường thẳng AC. a) Chứng minh PB = PC và BH = CK. b) Chứng minh ba điểm H, M, K thẳng hàng. c) Gọi O là giao điểm của PA và HK. Chứng minh OA2 + OP 2 + OH 2 + OK 2 = PA2 Giải

= PMC (= 90°), MB = MC , MP là cạnh chung a) ∆PMB và ∆PMC có PMB

⇒ ∆PMB = ∆PMC (c.g.c) ⇒ PB = PC (hai cạnh tương ứng) Trang 2

= PKA (= 90°), PAH = PAK , AP là cạnh chung b) ∆PHA và ∆PKA có PHA ⇒ ∆PHA = ∆PKA (cạnh huyền - góc nhọn)

⇒ PH = PK (hai cạnh tương ứng) = PKC = 90°, PB = PC, PH = PK ∆PHB và ∆PKC có PHB

⇒ ∆PHB = ∆PKC (cạnh huyền - cạnh góc vuông) ⇒ BH = CK (hai cạnh tương ứng)

= AKH (hai góc đồng vị) (1) b) Kẻ BE / / AC ( E ∈ HK ) ⇒ BEH

Mà ∆PHA = ∆PKA (chứng minh trên) ⇒ AH = AK (hai cạnh tương ứng)

= AKH (tính chất tam giác cân) (2) ⇒ ∆AHK cân tại A ⇒ AHK = AHK hay BEH = BHE Từ (1) và (2) ⇒ BEH ⇒ ∆BEH cân tại B ⇒ BH = BE.

Mà BH = CK (chứng minh trên) ⇒ BE = CK

= KCM , BE = CK ∆BEM và ∆CKM có MB = MC, EBM ⇒ ∆BEM = ∆CKM (c.g.c)

= CMK (hai góc tương ứng) ⇒ BME + EMC = 180° (hai góc kề bù) Mà BME + EMC = 180° ⇒ EMK = 180° ⇒ E, M, K thẳng hàng. ⇒ CMK Mà E ∈ HK ⇒ H, M, K thẳng hàng. = OAK , AO là cạnh chung c) ∆AOH và ∆AOK có AH = AK , OAH

= AOK , mà hai góc này kề bù nên ⇒ ∆AOH = ∆AOK , suy ra AOH = AOK = 90° ⇒ PA ⊥ HK tại O. AOH Áp dụng định lý Py-ta-go vào các tam giác vuông tại O là OAH, OAK, OPH, OPK ta có: OA2 + OH 2 = AH 2 ; OA2 + OK 2 = AK 2 OP2 + OH 2 = PH 2 ; OP 2 + OK 2 = PK 2 ⇒ 2 (OA2 + OP 2 + OH 2 + OK 2 ) = 2 ( AH 2 + PH 2 ) (vì AH = AK và PH = PK ) ⇒ OA2 + OP 2 + OH 2 + OK 2 = AH 2 + PH 2

Mà tam giác PAH vuông tại H ⇒ AH 2 + PH 2 = PA2 (định lý Py-ta-go) ⇒ OA2 + OP 2 + OH 2 + OK 2 = PA2

C. Bài tập vận dụng 11.1. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên cạnh BC lấy D, E (D nằm giữa B và E) sao cho BD = CE . Vẽ DM ⊥ AB tại M, EN ⊥ AC tại N. Gọi K là giao điểm của MD và NE. Chứng minh rằng:

Trang 3

a) ∆MBD = ∆NCE; b) ∆MAK = ∆NAK . 11.2. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên tia đối của tia BC lấy điểm D, trên tia đối của tia CB lấy điểm E sao cho BD = CE . Kẻ BH ⊥ AD tại H, kẻ CK ⊥ AE tại K. Chứng minh rằng: a) ∆BHD = ∆CKE; b) ∆AHB = ∆AKC; c) BC / / HK . 11.3. Cho tam giác ABC có M là trung điểm của BC, AM là tia phân giác góc A. Kẻ MH vuông góc với AB; MK vuông góc với AC. Chứng minh rằng: a) MH = MK ; b) ∆ABC cân. = 30°, đường cao AH. Trên đoạn HC lấy điểm D sao 11.4. Cho tam giác ABC vuông tại A có C

cho HD = HB . Từ C kẻ CE ⊥ AD . Chứng minh rằng: a) Tam giác ABD là tam giác đều. b) EH song song với AC. 11.5. Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên cạnh BC lấy điểm D sao cho BD = BA . Qua D vẽ đường thẳng vuông góc với BC cắt AC tại E. a) Chứng minh rằng: AE = DE . . b) Đường phân giác góc ngoài tại C cắt đường thẳng BE tại K. Tính BAK

= 90° và M là trung điểm của BC. Trên tia đối của tia CB 11.6. Cho tam giác ABC có AB = AC; BAC lấy điểm D. Kẻ BK vuông góc với đường thẳng AD tại K. Chứng minh rằng KM là tia phân giác của

. BKD 11.7. Cho tam giác DEF vuông tại D và DF > DE . Kẻ DH vuông góc với EF (H thuộc cạnh EF). Gọi M

=E −F . là trung điểm của EF. Chứng minh rằng MDH 11.8. Cho tam giác ABC vuông cân đáy BC. Gọi M, N là trung điểm của AB, AC. Kẻ NH ⊥ CM tại H, kẻ HE ⊥ AB tại E. Chứng minh rằng: a) Tam giác ABH cân. b) HM là tia phân giác góc BHE.

Trang 4

HƯỚNG DẪN GIẢI 11.1. = CNE (= 90°) ; a) Xét ∆MBD và ∆NCE có: BMD =C ; BD = CE . Do đó ∆MBD = ∆NCE B

(cạnh huyền – góc nhọn) ⇒ MB = NC . b) ∆MBD = ∆NCE (chứng minh trên) ⇒ MB = NC AM + MB = AN + NC nên AM = AN = ANK (= 90°) ; Xét ∆MAK và ∆NAK có: AMK

AK là cạnh chung; AM = AN. Do đó ∆MAK = ∆NAK (cạnh huyền – cạnh góc vuông). 11.2.

+ ABC = 180°; ACE + ACB = 180° mà a) Ta có ABD = ACB ⇒ ACE = ABD ABC = ACE ; BD = CE ∆ABD và ∆ACE có AB = AC; ABD

= AEC ⇒ ∆ABD = ∆ACE (c.g.c) ⇒ ADB = CKE (= 90°); HDB = KEC ; ∆BHD và ∆CKE có BHD

BD = CE ⇒ ∆BHD = ∆CKE (cạnh huyền – góc nhọn). = AKC (= 90°) ; b) Ta có ∆AHB và ∆AKC có AHB

AB = AC; BH = CK (∆BHD = ∆CKE) ⇒ ∆AHB = ∆AKC (cạnh huyền – cạnh góc vuông).

c) ∆AHB = ∆AKC ⇒ AH = AK

= ⇒ ∆AHK cân tại A ⇒ AHK = ∆ADE cân tại A ⇒ ADE

180°− HAK 2

180°− DAE 2

= ADE ⇒ HK / / DE . Vậy BC // HK. ⇒ AHK 11.3.

= AKM = 90° ; a) ∆AHM và ∆AKM có: AHM = KAM AM chung; HAM ⇒ ∆AHM = ∆AKM (cạnh huyền góc nhọn)

⇒ MH = MK . Trang 5

= CKM (= 90°) ; b) ∆BHM và ∆CKM có BHM BM = MC; MH = MK ⇒ ∆BHM = ∆CKM (cạnh huyền, cạnh góc vuông)

=C ⇒ ∆ABC cân tại A. ⇒B

11.4. a) ∆AHB = ∆AHD (c.g.c), suy ra AB = AD.

= 30° nên B = 60° . ∆ABC vuông tại A, có C

= 60° nên ∆ABD là tam giác đều. Tam giác ABD cân, có B = BAC − BAE = 90°− 60° = 30° b) EAC = ACB ⇒ EAC ⇒ ∆AHC = ∆CEA (cạnh huyền – góc nhọn)

Suy ra CH = AE.

= DCA nên DA = DC. ∆ADC cân tại vì DAC Suy ra AE − AD = CH − CD hay DE = DH . Do đó ∆DEH cân tại D, hai tam giác cân DAC và DEH

= EHD ⇒ EAC = AEH có góc ở đỉnh ADC

⇒ EH / / AC . 11.5. a) ∆ABE và ∆DBE có:

=D = 90° (Vì AE ⊥ AB, AD ⊥ BC ) AB = AD (giả thiết), BE: cạnh chung A Vậy ∆ABE = ∆DBE (cạnh huyền – cạnh góc vuông) ⇒ AE = DE .

= DBE , do đó BK là phân giác của góc ABC. b) Từ câu a) suy ra ABE

Vẽ KN ⊥ BA, KH ⊥ AC, KM ⊥ BC . =C (giả thiết); CK cạnh chung. Tam giác vuông KMC và tam giác vuông KHC có: C 2 1

Trang 6

Do đó ∆KMC = ∆KHC (cạnh huyền – góc nhọn), suy ra KM = KH (1) Ta lại có ∆KMB = ∆KNB (cạnh huyền – góc nhọn) nên KM = KN (2) Từ (1) và (2) suy ra KH = KN Tam giác vuông AKH và tam giác vuông AKN có:

KH = KN; AK cạnh chung. Do đó ∆AKH = ∆AKN (cạnh huyền – cạnh góc vuông) =A = 45° ⇒ BAK = 135° ⇒A 1 2

11.6. Kẻ MH ⊥ BK , MI ⊥ KD ∆ABC vuông cân tại A có MB = MC nên dễ dàng suy ra ∆AMB = ∆AMC (c.c.c), từ đó suy ra

= CAM AM ⊥ BC, BMA = 45° ⇒ AM = MB; MAC

(

)

= CAD = 90°− BAK ⇒ KBC = MAI Ta có: KBA = BHM = 90°; BM = AM ∆BMH và ∆AMI có AIM

= MAI ⇒ ∆BMH = ∆AMI (cạnh huyền – góc nhọn) ⇒ MH = MI . MBH = MIK = 90° , MK chung; MH = MI ∆MHK và ∆MIK có MHK = IKM ⇒ ∆MHK = ∆MIK (cạnh huyền – cạnh góc vuông) ⇒ HKM Trang 7

Vậy KM là tia phân giác BKD 11.7. Áp dụng ví dụ 10 chuyên đề 8, ta có: ME = MD

=E ⇒ ∆MDE cân tại M ⇒ MDE

=F (cùng phụ với góc HDF) Mặt khác, ta có: HDE = MDE − HDE =E −F Ta có: MDH

11.8. a) Từ A kẻ AK ⊥ MC tại K và AQ ⊥ HN tại Q. Hai tam giác vuông MAK và NCH có  1  MA = NC = AB, A = C1 (cùng phụ với góc AMC)  2  1 ⇒ ∆MAK = ∆NCH ⇒ AK = HC (1) =C , AB = CA ∆BAK và ∆ACH có AK = CH, A 1 1

= AHC ⇒ ∆BAK = ∆ACH (c.g.c) ⇒ BKA

∆AQN và ∆CHN có AN = NC,

= CNH ⇒ ∆ANQ = ∆CNH (ch − gn) ⇒ AQ = CH (2) ANQ

Từ (1) và (2), suy ra: AK = AQ. Trang 8

= AQH = 90°, AK = AQ, AH chung ∆AKH và ∆AQH có AKH = QHA ⇒ HA là tia phân giác của góc KHQ ⇒ ∆AKH = ∆AQH (ch − cgv) KHA

= 45° ⇒ AHC = 135° ⇒ BKA = 135° ⇒ AHQ + BKH + AKH = 360° ⇒ BKH = 135° Từ BKA

= 45° nên nó vuông cân tại K suy ra KA = KH. Tam giác AKH có KHA ⇒ ∆BKA = ∆BKH (c.g.c) ⇒ BA = BH hay ∆ABH cân tại B. =H b) Dễ chứng minh được ∆AKB và ∆HKB (c.c.c) ⇒ A 1 1

=C (góc đồng vị) vì A =C ⇒H =H . Mà HE / / CA ⇒ H 2 1 1 1 1 2 Hay HM là tia phân giác góc BHE.

Trang 9

Chuyên đề 12. VẼ HÌNH PHỤ ĐỂ GIẢI TOÁN A. Kiến thức cần nhớ Trong một số bài toán ở các chuyên đề trước, chúng ta đã phải vẽ thêm hình phụ thì mới giải được. Trong chuyên đề này, chúng ta hệ thống một vài kỹ thuật về hình phụ để giải toán. 1. Mục đích của việc vẽ thêm hình phụ Khi vẽ thêm đường phụ, chúng ta thường nhằm các mục đích sau đây: - Đem những điều kiện đã cho của bài toán và những hình có liên quan đến chứng minh tập hợp (ở một hình mới) làm cho chúng có liên quan đến nhau. - Tạo nên đoạn thẳng thứ ba (hoặc góc thứ ba) làm cho hai đoạn thẳng (hoặc hai góc) cần chứng mình trở lên có mối quan hệ với nhau. - Tạo nên đoạn thẳng (hay góc) bằng tổng, hiệu gấp đôi hay bằng

1 đoạn thẳng (hay góc) cho trước để 2

đạt được chứng minh của bài tập hình học. - Tạo nên những đại lượng mới (đoạn thẳng hay góc) bằng nhau, thêm vào những đại lượng bằng nhau mà đề bài đã cho để giúp cho việc chứng minh. - Tạo nên một hình mới, để có thể áp dụng một định lý nào đó. - Biến đổi kết luận, hình vẽ làm cho bài toán trở lên dễ chứng minh hơn. 2. Các loại đường phụ thường vẽ - Kéo dài một đoạn thẳng cho trước với một độ dài tùy ý hoặc cắt một đường thẳng khác. - Nối hai điểm cho trước hoặc cố định - Từ một điểm cho trước dựng đuờng thẳng song song với một đường thẳng cho trước. - Dựng đường phân giác của một góc cho trước. - Dựng đường thẳng đi qua một điểm cho trước hợp thành với đường thẳng khác một góc bằng một góc cho trước. * Chú ý: Khi vẽ đường phụ phải có mục đích không vẽ tùy tiện. B. Một số ví dụ = 100°. Tia phân giác của góc B cắt AC tại D. Ví dụ 1. Cho tam giác ABC cân tại A có A

Chứng minh BC = AD + BD. Giải * Tìm cách giải. Đây là bài toán khó tuy nhiên nếu bạn biết lưu tâm đến giả thiết của bài toán và phương pháp kẻ đường phụ thì bài toàn trở nên đơn giản. Phân tích kết luận, chúng ta có hai hướng vẽ đường phụ cho bài toán này. - Vì A, D, B không thẳng hàng, mà kết luận AD + BD = BC , do vậy chúng ta vẽ thêm hình phụ sao cho AD + BD bằng một đoạn thẳng. Sau đó chứng minh đoạn thẳng đó bằng BC.

Trang 1

- Phân tích kết luận, chúng ta cũng có thể nghĩ tới việc tách BC thành tổng hai đoạn thẳng mà trong đó có một đoạn thẳng bằng BD (hoặc AD) và chứng minh đoạn thẳng còn lại bằng AD (hoặc BD). Trong hai hướng suy nghĩ trên, chúng ta lưu ý đến giả thiết là tam giác cân và biết số đo góc để tính tất cả các góc có thể. * Trình bày lời giải - Cách vẽ 1. Trên tia đối của tia DB lấy điểm K sao cho DA = DK . Trên cạnh BC lấy điểm E sao cho BE = BA . = 100° nên B =C = 40°. ∆ABC cân tại A có A

Ta có: ∆ABD = ∆EBD (c.g.c) ⇒ AD = DE , = BAD = 100° ⇒ D =D =D = 60° BED 1 2 3 =B = 20° Mà BD là tia phân giác của góc B nên B 1 2 = 120° ⇒ D = 60°. Từ đó ta có: Mặt khác: BDC 4

= DEC = 180° — 100° = 80° ∆KDC = ∆EDC (c.g.c) ⇒ DKC = 80° ⇒ ∆BKC cân tại B ⇒ BC = BK = BD + DK = BD + AD ⇒ KCB Vậy BC = BD + AD. - Cách vẽ 2. Trên tia BC lấy điểm M sao cho BM = BA , lấy điểm N sao cho BN = BD . = BMD = 100°. Ta có: ∆ABD = ∆MBD (c.g.c) ⇒ AD = DM (*), A

= 100° ⇒ DNM = 80° (1) Do BMD Mặt khác ∆BDN cân tại B nên = BND = 80° BDN

(2 )

Từ (1) (2) ta có: ∆MDN cân tại D nên DM = DN (**)

= NCD = 40° Ta có: NDC ⇒ ∆DNC cân tại N, nên NC = ND (***)

Từ (*)(**)(***) ⇒ AD = NC ⇒ BC = BN + NC ⇒ BC = BD + AD. - Cách vẽ 3. Trên cạnh BC lấy điểm F sao cho BF = BD, trên cạnh AB lấy điểm K sao cho AK = AD . Ta sẽ chứng minh được tam giác BKD cân tại K nên KB = KD , mà KB = DC nên KD = DC do đó ∆AKD = ∆FDC (g.c.g ) ⇒ AD = FC ⇒ BC = BF + FC = BD + AD.

Trang 2

Vậy BC = BD + AD. = 45° (D nằm giữa Ví dụ 2. Cho tam giác ABC vuông cân tại A, các điểm D và E thuộc BC sao cho DAE

B và E). Chứng minh rằng BD2 + CE 2 = DE 2 . Giải * Tìm cách giải. Từ kết luận, để nhận thấy BD, CE, DE thỏa mãn định lý Py-ta-go. Do vậy ta sẽ tạo ra một tam giác vuông có ba cạnh bằng BD, CE, DE trong đó DE là độ dài cạnh huyền. Do BD, CE, DE cùng nằm trên một đường thẳng. Do vậy cần kẻ thêm đường phụ. Từ C kẻ CK ⊥ BC và lấy CK = BD (K và A cùng phía đối với BC). Chỉ cần chứng minh KE = DE. * Trình bày lời giải. Từ C kẻ CK ⊥ BC và lấy CK = BD (K và A cùng phía đối với BC). Ta

= 90° — C = 90° — 45° = B , có C 2 1 CK = BD (theo cách dựng) AC = AB (giả thiết)

Do đó ∆ACK = ∆ABD (c. g. c), =A suy ra AK = AD, A 4 1 = 45° (giả thiết) nên A +A = 45° suy ra: Ta lại có A 2 1 3 =A +A = 45° = EAD EAK 4 3

Xét ∆EAK và ∆EAD có AD = AK , AE là cạnh = EAD (= 45°) ⇒ ∆EAK = ∆EAD chung, EAK

(c.g.c), suy ra KE = DE . Từ đây, hiển nhiên ta có điều phải chứng minh.

= 15°. Ví dụ 3. Cho tam giác ABC vuông tại A, C Trên tia BA lấy điểm O sao cho BO = 2 AC . Chứng minh rằng OBC cân. Giải * Tìm cách giải. Trong bài toán trên, vì phát hiện thấy

= 15° suy ra B = 75° , mà 75°−15° = 60° là số đo của mỗi C góc trong tam giác đều. Điều này gợi ý cho chúng ta vẽ tam giác đều BCM như hình vẽ. Nhờ các cạnh của tam giác đều bằng nhau, các góc của tam Trang 3

giác

đều

là

60° ,

chúng

ta

chứng

minh

∆HMB = ∆ABC (c.g.c); ∆MOB = ∆MOC (c.g.c)

được

dẫn tới

∆OBC cân tại O. Do đó nên nghĩ tới việc vận dụng vẽ thêm

tam giác đều vào giải toán. * Trình bày lời giải = 90°; C = 15°(gt ) ⇒ B = 75°. Ta có: ∆ABC; A

Vẽ tam giác đều BCM. (M và A cũng thuộc nửa mặt phẳng bờ BC)

= ABC − MBC = 75°− 60° = 15° Ta có: OBM

1 Gọi H là trung điểm của OB ⇒ HO = HB = OB 2 1 Mặt khác BO = 2 AC (gt) nên AC = OB từ đó ta có AC = BH 2 = ACB (= 15°); Xét ∆HMB và ∆ABC có: BH = AC (cmt) HBM MB = BC (cạnh ∆ đều BMC)

=A = 90° ⇒ MH ⊥ OB Do đó ∆HMB = ∆ABC (c.g.c) ⇒ H = MHO = 90° , BH = HO , MH chung ∆MBH và ∆MOH có MHB

= BOM ⇒ OBM = BOM = 15° . ⇒ ∆MBH = ∆MOH ⇒ OBM = 180°− 2.15° = 150° ⇒ BMO = BMO (= 150°) , OM là cạnh chung Từ đó MB = MC, CMO

Do đó ∆MOB = ∆MOC (c − g − c) ⇒ OB = OC. Vậy ∆OBC cân tại O. (điều phải chứng minh) Ví dụ 4. Cho tam giác ABC cân tại A, đường phân giác BD. Trên tia BA lấy điểm E sao cho BE = 2CD.

= 90°. Chứng minh rằng EDB Giải * Tìm cách giải. Từ giả thiết BE = 2CD, gợi ý cho chúng ta vẽ

= 90° mà FB = trung điểm F của BE. Muốn chứng minh EDB FE, nên chúng ta chỉ cần chứng minh BF = FD = FE. * Trình bày lời giải - Cách 1. Gọi F là trung điểm của BE thì FB = CD (cùng bằng

1 BE ). Mà AB = AC (tam giác ABC cân 2

tại A) nên AF = AD. Suy ra tam giác AFD cân tại A. Trang 4

= ABC (cùng bằng 180°− BAC ). Từ đó AFD 2 Suy ra DF // BC (hai góc đồng vị bằng nhau), = FDB (cùng bằng DBC ). Điều này nên FBD

dẫn đến tam giác FBD cân tại F, hay FD = FB =

1 BE. 2

Tam giác BDE có F là trung điểm cạnh BE và DF =

1 BE nên tam giác BDE vuông tại D hay 2

= 90° (điều phải chứng minh). EDB

= CBD (so le trong) - Cách 2. Từ D kẻ DF / / BC ( F ∈ AB). Suy ra FDB = FBD ⇒ ∆FBD cân tại F ⇒ BF = FD ⇒ FDB Mặt khác, ∆AFD và ∆ABC cân tại A, suy ra AF = AD, AB = AC ⇒ BF = CD.

= 90° (điều phải chứng minh). Từ đó suy ra BF = FD = FE ⇒ tam giác BDE vuông tại D hay EDB Ví dụ 5. Cho tam giác ABC (AB < AC), kẻ AH vuông góc với BC tại H. Gọi M là trung điểm của BC. Biết rằng AH và AM chia góc A thành 3 góc bằng nhau. Chứng minh rằng: a) Tam giác ABC vuông. b) Tam giác ABM là tam giác đều. Giải * Tìm cách giải. Muốn chứng minh tam giác ABC vuông tại A ta cần kẻ thêm đường thẳng vuông góc

= 90° . với AC và chứng minh đường thẳng đó song song với AB, từ đó suy ra AB ⊥ AC và suy ra A * Trình bày lời giải. a) Vẽ MI vuông góc với AC.

= AIM = 90° , AM là cạnh chung, HAM = IAM ∆AHM và ∆AIM có AHM ⇒ ∆MAI = ∆MAH (c.h− g.n) ⇒ MI = MH = AHB = 90°, AH là cạnh chung, ∆AHM và ∆AHB có AHM

= HAB ⇒ ∆AHM = ∆AHB (g.c.g ) ⇒ BH = MH HAM

⇒ BH = MH =

1 1 = 30°; HAC = 60° BM ⇒ MI = MC ⇒ C 2 2 Trang 5

= (60°.3) : 2 = 90° ⇒ Tam giác ABC vuông tại A. Vậy BAC = 30° ⇒ B = 60°; AM = BM = 1 BC ⇒ tam giác ABM cân có một góc bằng 60° ⇒ tam giác b) Ta có C 2

ABM đều. * Nhận xét: Trong bài toán trên nếu chỉ có các yếu tố bài ra thì tưởng chừng như rất khó giải, tuy nhiên, chỉ bằng một đường vẽ thêm ( MI ⊥ AC ) thì bài toán lại trở nên rất dễ dàng, qua đó càng thấy rõ vai trò của việc vẽ thêm yếu tố phụ trong giải toán hình học.

= 40° và ABC = 60° . Gọi D và E theo thứ tự là các điểm nằm trên Ví dụ 6. Cho tam giác ABC với BAC = 70° và EBC = 40° ; F là giao điểm của DC và EB. Chứng minh rằng AF cạnh AB và AC sao cho DCB vuông góc với BC. Giải = 40° . Trên AC lấy điểm N sao cho ABN

= BAN = 40° nên ∆ABN cân Ta có ABN tại N, suy ra

= 80° (tính chất góc BNC

ngoài

tam

của

giác).

Do

đó

= BCN = 80° suy ra ∆BCN cân tại BNC B ⇒ BN = BC (1)

= 40°, FCB = 70° nên ∆BFC có FBC = 70° BFC Vậy ∆BFC cân tại B ⇒ BC = BF (2). Từ (1) và (2) suy ra BN = BF (3). Kéo dài BC lấy điểm M sao cho BM = BA ⇒ ∆ABM đều.

Xét

∆ABN

và

∆MBF có AB = MB, BN = BF (do (3)),

= FBM = 40° , do đó ABN

∆ABN = ∆MBF (c.g.c). Mà ∆ABN cân tại N, suy ra ∆MBF cân tại F. Từ AB = AM (do ∆ABM đều),

= MAF . FB = FM ⇒ ∆ABF = ∆AMF (c.c.c ), suy ra BAF

Mặt khác, ∆ABM đều nên AF vuông góc với BC. * Nhận xét: - Bài toán này tương đối khó vì phải vẽ thêm nhiều đường phụ. - Ngoài cách giải trên đây, có thể dựng thêm tam giác đều BCK hoặc tam giác đều AFH, cũng đi đến kết luận của bài toán. C. Bài tập vận dụng 12.1. Cho ∆ABC (AB = AC), trên cạnh AB lấy điểm D, trên phần kéo dài của cạnh AC lấy điểm E sao Cho BD = CE. Gọi F là giao điểm của DE và BC. Chứng minh DF = FE Trang 6

= 45°; A = 15°. Trên tia đối của tia CB lấy D sao cho CD = 2.CB. Tính ADB 12.2. Cho ∆ABC có B

vẽ Oz sao cho xOz = 1 yOz . Qua điểm A thuộc Oy vẽ AH vuông góc Ox 12.3. Ở trong góc nhọn xOy 2 cắt Oz ở B. Trên tia Bz lấy D sao cho BD = OA. Chứng minh tam giác AOD cân. = 50°; BAC = 70° . Tia phân giác góc ACB cắt AB tại M. Trên MC lấy điểm N 12.4. Cho ∆ABC có ABC

= 40° . Chứng minh rằng: BN = MC sao cho MBN

= 15° . Đường vuông góc 12.5. Cho tam giác đều ABC. Trên tia đối của tia CB, lấy điểm D sao cho CAD với BC tại C cắt AD ở E. Tia phân giác của góc B cắt AD ở K. Chứng minh rằng AK = ED. 12.6. Cho tam giác ABC với trung điểm M của BC. Trên nửa mặt phẳng chứa đỉnh C bờ là đường thẳng AB kẻ đoạn thẳng AE vuông góc với AB sao cho AB = AE. Trên nửa mặt phẳng chứa đỉnh B bờ là đường thẳng AC kẻ đoạn thẳng AF = AC và AF vuông góc với AC. Chứng minh rằng EF = 2 AM và EF ⊥ AM .

12.7. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Gọi E là trung điểm của cạnh AC. Qua A kẻ đường thẳng vuông góc với BE cắt BC tại D. Chứng minh rằng AD = 2ED. 12.8. Về phía ngoài của tam giác ABC, dựng tam giác XBC cân tại X có góc BXC bằng 120° và các tam giác YCA, ZAB đều. Chứng minh XA vuông góc với YZ.

= 54° .Gọi M là trung điểm của BC. Đường thẳng AM và 12.9. Cho tam giác ABC vuông tại A và ABC đường phân giác trong CD của tam giác cắt nhau tại E. Chứng minh rằng CE = AB. 12.10. Cho ∆ABC vuông tại A, AB < AC. Vẽ AH vuông góc với BC. Trên cạnh AC lấy điểm D sao cho

= ACB AD = AB. Gọi I là trung điểm của BD. Chứng minh rằng BIH

Trang 7

HƯỚNG DẪN GIẢI

= ACB , mà 12.1. Cách 1. Từ D kẻ DH / / AC ( H ∈ BC) suy ra DHB = ACB ⇒ DHB = ABC ⇒ ∆DHB cân tại D ⇒ DH = DB ABC ⇒ DH = CE

= ECF , DH = CE, HDF = CEF ∆DHF và ∆ECF có DHF Suy ra ∆DHE = ∆ECF (g.c.g ) ⇒ DF = FE - Cách 2. Từ E kẻ EK / / AB ( K ∈ BC)

= CKE , mà ABC = ACB ⇒ ABC = CKE ⇒ ECK = CKE ⇒ ACB

⇒ ∆ECK cân tại E ⇒ CE = KE ⇒ BD = KE = EKF , BD = KE , ∆BDF và ∆KEF có DBF

= KEF BDF Suy ra ∆BDF = ∆KEF (g.c.g ) ⇒ DF = FE - Cách 3. Hạ DH ⊥ BC, EK ⊥ BC ( H, K ∈ BC)

= CKE = 90° , ∆BDH và ∆CEK có BHD = KCE BD = CE, DBH Suy ra ∆DBH = ∆ECK (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ DH = EK.

= EKF = 90° , ∆HDF và ∆KEF có DHF = KFE DH = KE, DFH

Suy ra ∆DHF = ∆EKF (g.c.g ) ⇒ DF = FE. Tóm lại: Chứng minh DF = EF dựa vào cặp tam giác bằng nhau, do đó cần tạo ra cặp tam giác bằng nhau.

= 60° mà CD = 2.BC nên ta nghĩ tới tam giác vuông có góc nhọn 60° . 12.2. Tìm cách giải. Dễ thấy DCA Ta hạ DE ⊥ AC ⇒ CD = 2.CE ⇒ CE = CB. Dễ thấy ∆BED và ∆BEA cân tại E ⇒ ∆EAD cân tại E.

Từ đó tính được:

= 45°, EDB = 30° ⇒ ADB = 75° ADE

= α ⇒ yOz = 2α 12.3. Đặt xOz Lấy điểm E trên Bz sao cho OE = OA ∆AEO cân tại O Trang 8

= ⇒ AEB

180°− 2α 2

= 90°− α; ABE = OBH = 90°− α AEB = ABE ⇒ AEB = ABO ; OB = ED; AE = AB ⇒ AED

⇒ ∆AOB = ∆ADE (c.g.c) ⇒ AO = AD ⇒ ∆AOD cân. = 50°; B = 70° ⇒ C = 60°. 12.4. ∆ABC có A

nên MCA = MCB = 30° . CM là tia phân giác của C =B − MBN = 50° — 40° = 10°. Ta có: NBC = MCB + NBC = 30° + 10° = 40° Ta có: MNB (góc ngoài của ∆NBC ) ⇒ ∆MNB cân tại M

Từ M vẽ MH ⊥ BC ta có MH =

1 MC (1) 2

Từ M vẽ MK ⊥ BN ⇒ BK = KN =

1 BN (2) 2

= BKM (= 90°) , BM là cạnh chung, Xét ∆MKB và ∆BHM có BHM

= BMH = 40° ⇒ ∆MKB = ∆BHM (cạnh huyền, góc nhọn) MBK ⇒ MH = KB (3)

Từ (1), (2) và (3) ⇒ BN = MC (điều phải chứng minh). 12.5. Kẻ BH ⊥ AD; CI ⊥ AD .

= KBD + KDB = 30° + 45° ∆BDK có AKB = 75° ⇒ AKB = AKB (= 75°), ∆ABK có BAK BH ⊥ AK nên AH = KH

nên BH là tia phân giác của ABK

= 1 ABK = 15° ABH 2

= 90°; CDE = 45° nên ∆CDE vuông cân tại C. ∆CDE có ECD Kẻ CI ⊥ ED suy ra EI = ID = CI suy ra ED = 2.CI. = CIA (= 90°); AB = AC; ABH = CAI (= 15°) ∆AHB và ∆CIA có AHB

Trang 9

nên ∆AHB = ∆CIA (cạnh huyền - góc nhọn) suy ra AH = CI. Từ đó suy ra AK = ED. = 90° , kết quả là hiển nhiên. 12.6. Trường hợp BAC

< 90° . Ta chứng minh cho trường hợp BAC > 90° , cách chứng minh Trường hợp BAC hoàn toàn tương tự. Trên tia đối của tia MA lấy điểm D sao cho MA = MD. Nối B với D. Từ B kẻ đường thẳng vuông góc với AB cắt AD tại G. Xét hai tam giác AMC và DMB có AM = MD;

= DMB ; BM = MC AMC = BDM (1) và BD = AC. Nên ∆AMC = ∆DMB (c.g.c), suy ra CAM = BGA (so le trong) (2) Ta có AE ⊥ AB; BG ⊥ AB nên BG // AE suy ra EAM = GBD + BDM và EAM = EAC + CAM (3) Mà BGA = GBD . Nên từ (1) và (2), (3) suy ra EAC = ABD = 180°− BAC ; Ta có AE = AB; EAF BD = AF (=AC). Do đó ∆EAF = ∆ABD (c.g.c) Suy ra EF = AD, Mà AD = 2.AM (cách vẽ) nên EF = 2AM.

= BAD Do ∆EAF = ∆ABD nên AEF + DAE = 90° nên AEF + DAE = 90° Mà BAD

Suy ra AM ⊥ EF (điều phải chứng minh). 12.7. Qua C vẽ đường thẳng vuông góc với AC cắt tia AD ở F.

= CAF (cùng phụ với góc AEB); Do AB = AC, ABE = ACF = 90° nên BAE

∆BAE = ∆ACF (g.c.g ) ⇒ AE = CF ⇒ CE = CF.

Suy ra ∆CED = ∆CFD (c.g.c) Trên tia DE lấy điểm G sao cho EG = ED, ∆AEG và ∆CED có AE = CE,

Trang 10

= CED , EG = ED suy ra AEG = AGE ∆AEG = ∆CED (c.g.c) ⇒ CDE

= FDC (đồng vị) suy ra DAG = DGA . và AG // DC, do đó DAG Vậy ∆DAG cân tại D, hay DA = DG = 2DE (điều phải chứng minh). 12.8. Gọi E là giao điểm của XA với YZ. Trên nửa mặt phẳng bờ XC không chứa A lấy điểm K sao cho ∆XCK = ∆XBA.

= AXB suy ra Ta có XK = XA và KXC = BXC = 120° AXK

= 30°. Mặt khác, ta có CK = BA = AZ Do đó XAK (vì ∆XCK = ∆XBA và ∆ABZ đều) ; CA = AY (vì ∆YCA đều);

= + XCK =C + 30° + ACK ACB + BCX XBA

(

+ 30° + 30° + B = 60° + 180°− A =C

(

)

)

− ZAB − YAZ = YAZ ; = 240°− 360°− YAC suy ra ∆CAK = ∆AYZ (c.g.c)

= AYZ = EYA do đó CAK

(

)

+ CAK = 180°− YAC + XAK = 180°− (60° + 30°) = 90° Ta có: EAY + EYA = 90° , suy ra AEY = 90°. Vậy XA ⊥ YZ . ∆EAY có EAY 12.9. * Trên tia đối của tia MA lấy A’ sao cho MA’ = MA. Khi đó ∆MCA′ = ∆MBA (c.g.c), suy ra CA' = AB (1); ′ = MBA = 54° MCA ′ = ACB ′ = 36° + 54° = 90° + BCA Do đó ACA

Từ ∆ABC = ∆CA′A (c.g.c) ⇒ AA′ = BC; MC = MA =

1 = MCA = 36° . BC, MAC 2

nên ECA = 18° , A ′EC là góc ngoài của tam giác AEC nên Mặt khác, CD là phân giác ACB + ECA = 36° + 18° = 54° = EA ′EC = EAC ′C , A suy ra tam giác ECA’ cân tại C, nên CE = CA’(2) Từ (1) và (2) suy ra CE = AB. Trang 11

12.10. Kẻ DE ⊥ BC tại E, DF ⊥ AH tại F. Xét các tam giác vuông ABD và EBD Có IB = ID nên AI = EI =

BD . 2

Ta có ∆ABH = ∆DAF (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ AH = DF (1). ∆HED = ∆DFH (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ HE = DF (2).

Từ (1) và (2), suy ra: AH = HE. Từ đó ∆IHA = ∆IHE (c.c.c)

= IHE = 90° : 2 = 45° . Ta có BIH + IBH = IHE = 45° ⇒ IHA = FDI (so le trong) ⇒ BIH = ADF . Lại có ADF = ACB (đồng vị), suy ra BIH = ACB (điều Mà IBH

phải chứng minh).

Trang 12

Chuyên đề 13. CHỨNG MINH BA ĐIỂM THẲNG HÀNG A. Kiến thức cần nhớ Ba điểm cùng thuộc một đường thẳng gọi là ba điểm thẳng hàng. Để chứng minh ba điểm thẳng hàng, chúng ta có thể sử dụng một số phương pháp sau đây: 1. Phương pháp 1.

+ DBC = 180° thì ba Nếu ABD Điểm A; B; C thẳng hàng. 2. Phương pháp 2. Nếu AB // a và AC // a thì ba điểm A; B; C thẳng hàng. (Cơ sở của phương pháp này là: tiên đề Ơ-Clit) 3. Phương pháp 3. Nếu AB ⊥ a; AC ⊥ a thì ba điểm A; B; C thẳng hàng. (Cơ sở của phương pháp này là: Có một và chỉ một đường thẳng a’ đi qua điểm O và vuông góc với đường thẳng a cho trước) Hoặc A; B; C cùng thuộc một đường trung trực của một đoạn thẳng. 4. Phương pháp 4. Nếu tia OA và tia OB là hai tia phân giác của góc xOy thì ba điếm O; A; B thẳng hàng. (Cơ sở của phương pháp này là: Mỗi góc khác góc bẹt có một và chỉ một tia phân giác). * Hoặc: Hai tia OA và OB cùng nằm trên nửa mặt phẳng bờ chứa

= xOB thì ba điểm O, A, B thẳng hàng. tia Ox, xOA 5. Nếu K là trung điểm BD, K’ là giao điểm của BD và AC. Nếu K’ là trung điểm BD thì K ′ ≡ K và A, K, C thẳng hàng. (Cơ sở của phương pháp này là: Mỗi đoạn thẳng chỉ có một trung điểm). B. Một số ví dụ

Trang 1

Ví dụ 1. Cho tam giác ABC vuông ở A, M là trung điểm AC. Kẻ tia Cx vuông góc CA (tia Cx và điểm B ở hai nửa mặt phẳng đối nhau bờ AC).Trên tia Cx lấy điểm D sao cho CD = AB. Chứng minh ba điểm B, M, D thẳng hàng. Giải * Tìm cách giải. Muốn B, M, D thẳng hàng

+ CMD = 180°. Do cần chứng minh BMC + BMC = 180° nên cần chứng minh AMB = DMC AMB * Trình bày lời giải ∆AMB và ∆CMD có:

= DCM = 90°, AB = DC (gt), BAM MA = MC (M là trung điểm AC)

= DMC Do đó: ∆AMB = ∆CMD (c.g.c), suy ra: AMB + BMC = 180° (kề bù) nên BMC + CMD = 180° Mà AMB Vậy ba điểm B; M; D thẳng hàng. Ví dụ 2. Cho hai đoạn thẳng AC và BD cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đoạn. Trên tia AB lấy điểm M sao cho B là trung điểm AM, trên tia AD lấy điểm N sao cho D là trung điểm AN. Chứng minh ba điểm M, C, N thẳng hàng. Giải * Tìm cách giải. Chứng minh: CM // BD và CN // BD từ đó suy ra M, C, N thẳng hàng. * Trình bày lời giải ∆AOD và ∆COB có OA = OC

(vì O là trung điểm AC)

= COB (hai góc đối đỉnh) AOD OD = OB (vì O là trung điểm BD) Do đó ∆AOD =∆ COB (c.g.c)

= OCB . Mà hai góc ở vị tri so le trong, Suy ra: DAO = CBM (ở vị trí đồng vị) do do: AD // BC, nên DAB = CBM , AB = BM (B là trung điểm AM). ∆DAB và ∆CBM có: AD = BC (do ∆AOD = ∆COB ), DAB = BMC .Do đó BD // CM. (1) Vậy ∆DAB = ∆CBM (c.g.c). Suy ra ABD Lập luận tương tự ta được BD // CN. (2) Từ (1) và (2), theo tiên đề Ơ-Clit suy ra ba điểm M, C, N thẳng hàng. Trang 2

Ví dụ 3: Cho tam giác ABC có AB = AC. Gọi M là trung điểm BC. a) Chứng minh AM ⊥ BC . b) Vẽ hai đường tròn tâm B và tâm C có cùng bán kính sao cho chúng cắt nhau tại hai điểm P và Q. Chứng minh ba điểm A, P, Q thẳng hàng.

Giải * Tìm cách giải. Chứng minh ba điểm A, P, Q thẳng hàng, chúng ta có thể: - Chứng minh AM, PM, QM cùng vuông góc BC - Hoặc AP, AQ là tia phân giác của góc BAC. * Trình bày lời giải a) ∆ABM và ∆ACM có: AB =AC (giả thiết), AM chung, MB = MC (M là trung điểm BC)

= AMC (hai góc tương ứng). Vậy ∆ABM = ∆ACM (c.c.c), do đó AMB + AMC = 180° (hai góc kề bù) nên AMB = AMC = 90° Mà AMB Do đó: AM ⊥ BC (điều phải chứng minh). b) Cách 1. Chứng minh tương tự ta được: ∆BPM = ∆CPM (c.c.c).

= PMC (hai góc tương ứng), mà PMB + PMC = 180° nên PMB = PMC = 90° Suy ra: PMB Do đó: PM ⊥ BC. Lập luận tương tự QM ⊥ BC. Từ điểm M trên BC có AM ⊥ BC, PM ⊥ BC, QM ⊥ BC nên ba điểm A, P, Q thẳng hàng (điều phải chứng minh). - Cách 2. ∆BPA và ∆CPA có AB = AC, AP là cạnh chung, BP = CP (cùng bán kính)

= CAP . Vậy AP là tia phân giác của BAC . (1) ⇒ ∆BPA = ∆CPA (c.c.c) ⇒ BAP ∆ABQ và ∆ACQ có AB = AC, AQ là cạnh chung, BQ = CQ (cùng bán kính) ⇒ ∆ABQ = ∆ACQ

= CAQ . (c.c.c) ⇒ BAQ . (2) Vậy AQ là tia phân giác của BAC Từ (1) và (2) suy ra ba điểm A; P; Q thẳng hàng. Ví dụ 4. Cho tam giác ABC cân ở A. Trên cạnh AB lấy điểm M, trên tia đối tia CA lấy điểm N sao cho BM = CN. Gọi K là trung điểm MN. Chứng minh ba điểm B, K, C thẳng hàng. Giải - Cách 1. Kẻ ME ⊥ BC; NF ⊥ BC ( E; F ∈ BC) Trang 3

∆BME và ∆CNF vuông tại E và F có: = NCF (cùng bằng ACB ) BM = CN (gt), MBE Do đó: ∆BME = ∆CNF (cạnh huyền-góc nhọn) Suy ra: ME = NF. Gọi K ′ là giao điểm của BC và MN.

′ = FNK ′ ∆MEK ′ và ∆NFK ′ vuông ở E và F có: ME = NF (cmt), EMK (so le trong của ME // FN). Vậy ∆MEK ′ = ∆NFK ′ (g-c-g). Do đó: MK ′ = NK ′. Vậy K ′ là trung điểm MN, mà K là trung điểm MN nên K = K ′ Do đó ba điểm B, K, C thẳng hàng. - Cách 2. Kẻ ME // AC ( E ∈ BC )

= MEB (hai góc đồng vị) ⇒ ACB = ABC nên MBE = MEB Mà ACB Vậy ∆MBE cân ở M. Do đó: MB = ME, kết hợp với giả thiết MB = NC ta được ME = CN. Gọi K ′ là giao điểm của BC và MN. ′ME = K ′NC ∆MEK ′ và ∆NCK ′ có: K

(so le trong của ME //AC) ′ = NCK ′ (so le trong của ME //AC). ME = CN (chứng minh trên), MEK

Do đó: ∆MEK ′ = ∆NCK ′ (g.c.g) ⇒ MK ′ = NK ′ Vậy K ′ là trung điểm MN, mà K là trung điểm MN nên K ≡ K ′ . Do đó ba điểm B, K, C thẳng hàng. - Lưu ý. Cả hai cách giải trên, có nhiều bạn chứng minh ∆MEK = ∆NCK vô tình thừa nhận B, K, C thẳng hàng, việc chứng minh nghe có lý lắm nhưng không biết là chưa chính xác.

= 108°. Gọi O là một điểm nằm trên tia phân giác của góc C Ví dụ 5. Cho tam giác ABC cân ở A, BAC = 12°. Vẽ tam giác đều BOM (M và A cùng thuộc một nửa mặt phẳng bờ BO). Chứng minh sao cho CBO ba điểm C, A, M thẳng hàng. Giải

= OCM từ đó suy ra tia CA và tia CM trùng nhau. * Tìm cách giải. Chứng minh OCA * Trình bày lời giải Tam giác ABC cân ở A nên = ACB = 180°−108° = 36° ABC 2

Trang 4

(tính chất của tam giác cân).

, Mà CO là tia phân giác của ACB = BCO = 18°. Do đó BOC = 150° nên ACO = 60°. ∆BOM đều nên BOM = 360° — (150° + 60°) = 150° Vậy: MOC ∆BOC và ∆MOC có: OB = OM (vì ∆BOM đều);

= MOC = 150°; BOC OC chung, do đó: ∆BOC = ∆MOC (c.g.c)

= OCM mà OCB = OCA (gt) nên OCA = OCM Suy ra: OCB = OCM Hai tia CA và CM cùng nằm trên nửa mặt phẳng bờ CO và OCA nên tia CA và tia CM trùng nhau. Vậy ba điểm C, A, M thẳng hàng. (đpcm). = 60°. Vẽ tia Cx ⊥ BC và lấy CE = CA (CE và CA cùng Ví dụ 6. Cho tam giác ABC vuông tại A và B

phía với BC). Trên tia đối tia BC và lấy F sao cho BF = BA. Chứng minh rằng: a) ∆ACE đều; b) E, A, F thẳng hàng. Giải * Tìm cách giải. Nhận thấy tam giác

= 60° nên ABC vuông tại A và B = 30° ⇒ ACE = 60° ACB ∆CAE đều.

Do đó muốn chứng tỏ B, A, F thẳng hàng thì chúng ta chỉ cần

= 30°. chứng tỏ BAF * Trình bày lời giải.

= 60° nên ACB = 30° a) ABC vuông tại A và B = 60° mà CA = CB nên ∆CAE đều. ⇒ ACE = 2. BAF . b) Ta có: BA = BF (gt) ⇒ ∆BFA cân ⇒ ABC

= 30°. Suy ra: BAF + BAC + CAE = 30° + 90° + 60° = 180° Vậy: FAB Ta suy ra ba điểm F; A; E thẳng hàng. C. Bài Tập vận dụng

Trang 5

13.1. Cho tam giác ABC, M là trung điểm của BC. Trên tia đối của tia MA lấy điểm E sao cho ME = MA .

a) Chứng minh rằng AC = EB và AC // BE. b) Gọi I là một điểm trên AC; K là một điểm trên EB sao cho AI = EK. Chứng minh ba điểm I, M, K thẳng hàng.

< 90° . Kẻ BD vuông góc với AC, kẻ CE vuông góc với AB. Gọi K 13.2. Cho ∆ABC cân tại A, có góc A là giao điểm của BD và CE. Chứng minh rằng: a) ∆BCE = ∆CBD; b) ∆BEK = ∆CDK ; c) AK là phân giác góc BAC. d) Ba điểm A, K, I thẳng hàng (với I là trung điểm BC).

(D thuộc BC). Trên cạnh AC lấy điểm E 13.3. Cho ∆ABC có AB < AC. Kẻ tia phân giác AD của BAC sao cho AE = AB, trên tia AB lấy điểm F sao cho AF = AC. Chứng minh rằng: a) ∆BDF = ∆EDC; b) F, D E thẳng hàng; c) AD ⊥ FC 13. 4. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Vẽ ra phía ngoài tam giác ABC tam giác BCM cân tại M có góc ở đáy là 15° . Trên nửa mặt phẳng bờ AB chứa điểm C, vẽ tam giác đều ABN. Chứng minh ba điểm B, M, N thẳng hàng. 13.5. Cho tam giác ABC. Vẽ về phía ngoài tam giác ABC các tam giác vuông tại A là ∆ADB; ∆ACE có AB = AD, AC= AE. Kẻ AH vuông góc BC; DM vuông góc AH và EN vuông góc AH. Chứng minh rằng: a) DM= AH. b) Gọi I là trung điểm của MN. Chứng minh rằng D, I, E thẳng hàng. 13.6. Cho góc xOy. Trên hai cạnh Ox và Oy lấy lần lượt hai điểm B và C sao cho OB = OC. Vẽ đường tròn tâm B và tâm C có cùng bán kính sao cho chúng cắt nhau tại hai điểm A và D nằm trong góc xOy. Chứng minh ba điểm O, A, D thẳng hàng. 13.7. Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên nửa mặt phẳng bờ BC không chứa điểm A, vẽ các điểm D, E sao cho BD vuông góc và bằng BA, BE vuông góc và bằng BC. Gọi M là trung điểm của đoạn thẳng CE. Chứng minh A, D, M thẳng hàng. = 1 ABC . Lấy E là 13.8. Cho ∆ABC vuông tại A, BC = 2AB. Gọi D là điểm trên cạnh AC sao cho ABD 3 = 1 ACB . BD và CE cắt nhau tại F; I và K theo thứ tự là chân các một điểm trên cạnh AB sao cho ACE 3

đường vuông góc kẻ từ F đến BC và AC. Vẽ các điểm G và H sao cho I là trung điểm của FG, K là trung điểm của FH. Chứng minh rằng ba điểm H, D, G thẳng hàng. Trang 6

= 30°. Dựng tam giác ACD 13.9. Cho tam giác ABC vuông tại A. Kẻ AH vuông góc với BC tại H; ACB

đều (D và B nằm khác phía đối với AC). Kẻ HK vuông góc với AC tại K. Đường thẳng qua H và song song với AD cắt AB kéo dài tại M. Chứng minh rằng ba điểm M, K, D thẳng hàng. HƯỚNG DẪN GIẢI 13.1. a) ∆AMC và ∆EMB có MA = ME, = EMB ; MB = MC AMC

⇒ ∆AMC = ∆EMB (c.g.c)

= MEB ⇒ AC = EB; CAM

⇒ AC / / BD . b) ∆AIM và ∆EKM có AM = EM; = MEB ; AI = EK ⇒ ∆AIM = ∆EKM (c.g.c) CAM

= EMK mà AMI + IME = 180° ⇒ EMK + IME = 180° ⇒ AMI ⇒ I, M, K thẳng hàng.

13.2.

= CDB = 90°; EBC = DCB ; BC là cạnh chung a) ∆BCE và ∆CBD có BEC ⇒ ∆BCE = ∆CBD (cạnh huyền, góc nhọn)

b) ∆BCE = ∆CBD ⇒ BE = CD.

∆BKE và ∆CDK có = CDK = 90°; BE = CD; BKE = CKD BEK

⇒ ∆BKE = ∆CKD (góc nhọn, cạnh góc vuông)

c) ∆BKE = ∆CKD ⇒ KE = KD.

= ADK = 90° ; ∆AEK và ∆ADK có AEK = DAK AI chung; KE = KD ⇒ ∆AEK = ∆ADK ⇒ EAK (1). Hay AK là tia phân giác BAC d) ∆ABI và ∆ACI có AB = AC; AI là cạnh chung; BI = CI ⇒ ∆ABI = ∆ACI (c.c.c)

= CAI hay AI là tia phân giác của BAC (2) ⇒ BAI Từ (1) và (2) suy ra A; K; I thẳng hàng. 13.3. = EAD ; AD là cạnh chung a) ∆ABD và ∆AED có AB = AE; BAD = AED . ⇒ ∆ABD = ∆AED (c.g.c) ⇒ BD = ED; ABD

Trang 7

+ DBF = 180°; AED + DEC = 180° nên DBF = DEC . Mặt khác ABD Ta có AF = AC; AB = AE ⇒ BF = EC .

∆BDF và ∆EDC có BF = CF; = DEC ; DB = DE DBF

⇒ ∆BDF = ∆EDC (c.g.c)

b) ∆BDF = ∆EDC

= EDC mà ⇒ BDF + FDC = 180° BDF + FDC = 180° ⇒ EDC ⇒ F, D, E thẳng hàng.

c) Gọi H là giao điểm của AD và CF

= CAH ; AH chung ∆AHF và ∆AHC có AF = AC; FAH = AHC mà AHF + AHC = 180° ∆AHF = ∆AHC (c.g.c) ⇒ AHF = AHC = 90° ⇒ AHF Vậy AH ⊥ FC hay AD ⊥ FC. 13.4. = 60° Gợi ý: Tính góc ABN

= ABC + CBM = 60° mà BN; ⇒ ABM BM thuộc cùng một nửa mặt phẳng bờ AB nên tia BM trùng với tia BN. Vậy B, M, N thẳng hàng. 13.5. + MAD = 90° mà BAH + MAD = 90° (vì BAD = 90° ) a) Ta có ∆DMA vuông tại M nên MDA

= BAH ⇒ MDA = AHB = 90° ; Xét ∆DMA và ∆AHB có DMA = BAH ; AD = AB nên ∆DMA = ∆AHB MDA (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ DM = AH . b) Chứng minh tương tự câu a, ta có: ∆ANE = ∆CHA, suy ra AH = EN. = INE (= 90°) , Xét ∆MID và ∆NIE có IMD

IM = IN, DM = DN (= AH), suy ra

= NIE . ∆MID = ∆NIE (c.g.c) ⇒ MID Trang 8

+ NID = 180° ⇒ NIE + NID = 180° Mặt khác MID Vậy D, I, E thẳng hàng. 13.6. ∆BOD và ∆COD có: OB = OC (gt); OD cạnh chung; BD = CD (D là giao điểm của hai đường tròn tâm B và tâm C cùng bán kính). Vậy ∆BOD = ∆COD

= COD . (c.c.c), suy ra: BOD Điểm D nằm trong góc xOy nên tia OD nằm giữa hai tia Ox và Oy.

. Do đó OD là tia phân giác của xOy Chứng minh tương tự ta được OA là

. tia phân giác của xOy Góc xOy chỉ có một tia phân giác nên hai tia OD và OA trùng nhau. Vậy ba điểm O, D, A thẳng hàng. 13.7. Kẻ MK ⊥ AB; MH ⊥ AC, Ta có M là trung điểm của CE nên ∆BME = ∆BMC (c.c.c)

= CBM = 45° ⇒ EBM = 90° ⇒ KBE + ABC = 90° Mặt khác EBC + ABC = 90° ,suy ra: KBE = ACB ⇒ KBM = HCM . Mà ACB Lại có BM = MC ⇒ ∆KBM = ∆HCM (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ MK = MH ⇒ ∆AKM = ∆AHM (cạnh huyền, cạnh

= HAM ⇒ AM góc vuông) ⇒ KAM là tia phân giác của góc A. Mặt khác, ∆BAD vuông cân tại A

= 45° ⇒ AD là tia phân giác ⇒ BAD của góc A ⇒ A; D; M thẳng hàng (vì A; D; M

cùng thuộc tia phân giác của góc A).

= 60°; ACB = 30° . 13.8. Theo đề bài ∆ABC vuông tại A có BC = 2AB nên ABC = 1 ABC = 20° ⇒ DBC = 40° ABD 3 = 1 ABC = 10° ⇒ BCE = 20° ABD 3 Trang 9

∆CIF và ∆CIG có IF = IG (gt)

= CIG = 90° ; IC: cạnh chung CIF ⇒ ∆CIF = ∆CIG (c.g.c)

= ICF = 20° ⇒ CG = CF và ICG Tương tự ∆CKF = ∆CKH (c.g.c) = KCF = 10° ⇒ CF = CH và KCH

+ FCH = 2 = 60° (1) Từ đó suy ra CG = CH và GCF ACB = 60° , do đó CHG = DKH = 90° , KD: cạnh chung, do đó DF = DH, vì ∆DKF = ∆DKH vì có KF = KH (giả thiết), DKF = CFD . thế ∆CDF = ∆CDH (c.c.c) suy ra CHD = 20° ⇒ ADB = 70° ⇒ CDF = 110° ∆ABD vuông tại A có ABD = 180°− CDF − FCD = 180°−110°−10° = 60° vì thế CHD = 60° (2). ⇒ CFD = 60° = CHG . Mà hai tia HD, HG cùng nằm trên một nửa mặt phẳng bờ là Từ (1) và (2) suy ra CHD đường thẳng HC nên HD trùng với HG, nghĩa là ba điểm H, D, G thẳng hàng. 13.9. Gọi F là trung điểm của AC ⇒ AH =

AC ⇒ ∆AHF đều 2

⇒ HF / / AD ⇒ M, H, F thẳng hàng. Mà AK = KF; ∆AMF = ∆FDA(g.c.g ) ⇒ AM = DF ⇒ ∆AMK = ∆FDK (c.g.c)

= DKF ⇒ AKM ⇒ M, K, D thẳng hàng.

Trang 10

Chuyên đề 14. TÍNH SỐ ĐO GÓC A. Kiến thức cần nhớ Để giải tốt bài toán tính số đo góc thì chúng ta phải nắm vững kiến thức cơ bản sau: * Trong tam giác: + Tổng ba góc trong bằng 180° . + Biết hai góc chúng ta xác định được góc còn lại. * Trong tam giác cân: Biết một góc chúng ta xác định được hai góc còn lại. * Trong tam giác vuông: + Biết một góc nhọn, chúng ta xác định được góc nhọn còn lại. + Cạnh góc vuông bằng nửa cạnh huyền thì góc đối diện với cạnh góc vuông đó có số đo bằng 30° . * Trong tam giác vuông cân: Mỗi góc nhọn có số đo bằng 45° . * Trong tam giác đều: Mỗi góc có số đo bằng 60°. * Đường phân giác của một góc chia góc đó ra hai góc có số đo bằng nhau. * Hai đường phân giác của hai góc kề bù thì vuông góc với nhau. * Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau. * Tính chất về góc so le trong, đồng vị, trong cùng phía, của một đường thẳng cắt hai đường thẳng song song. Trong thực tế, để giải bài toán tính số đo góc, ta thường xét các góc đó nằm trong mối liên hệ với các góc ở các hình đặc biệt đã nêu ở trên hoặc xét các góc tương ứng bằng nhau,. .. rồi suy ra kết quả. B. Ví dụ minh họa

= 30° . Kẻ AH vuông góc với BC tại H, biết rằng AH = 1 BC . Gọi D là trung Ví dụ 1. Cho ∆ABC , C 2 điểm của AB. Tính số đo góc ACD? Giải

= 30° và AH = 1 BC .Với hai yếu tố này giúp chúng ta * Tìm cách giải. Xuất phát từ ∆AHC vuông có C 2 nghĩ tới tam giác vuông có một góc bằng 30° . Với lập luận đó, chúng ta nghĩ tới việc chứng minh tam giác ABC cân. Chúng ta có thể giải theo hướng suy nghĩ đó. * Trình bày lời giải.

= 30°, AHC = 90° Xét ∆AHC có C ⇒ AH =

1 AC 2

1 Mà AH = BC (gt ) ⇒ AC = BC 2

= 15°. ⇒ ∆ACB cân tại C ⇒ CD là đường phân giác của góc C ⇒ ACD Trang 1

Ví dụ 2. Cho tam giác ABC có tia phân giác góc B và góc C cắt nhau tại I. Gọi M là trung điểm của đoạn

= 90°. Tính số đo A . thẳng BC. Biết rằng BI = 2.IM và BIM Giải = 90° + A . Do vậy chúng ta chỉ * Tìm cách giải. Dựa vào ví dụ 4, chuyên đề 7, chúng ta biết rằng BIC 2

. Mặt khác, theo giả thiết BIM = 90° nên chúng ta chỉ cần tính MIC . Do MB = MC và BI = cần tính BIC 2.IM nên dễ dàng suy luận được tạo ra điểm D sao cho M là trung điểm của ID. Từ đó chúng ta có lời giải sau: * Trình bày lời giải. = CMD ; IM = DM Trên tia đối của tia MI lấy MD = MI. BMI

⇒ CDI = 90° Suy ra ∆BIM = ∆CDM (c.g.c) ⇒ BI = CD; B IM = CDM

Từ BI = 2. IM ⇒ BI = ID(= 2.IM ) ⇒ CD = ID ⇒ ∆CDI vuông cân tại D

= 45° ⇒ BIC = 135° ⇒ CID = 135° nên ∆BIC có BIC + ICB = 45° IBC

và C nên BI; CI là tia phân giác B

(

)

+ ACB = 2. IBC + ICB = 90° , suy ra A = 90° ABC < 90° và kẻ BD, AH lần lượt vuông góc với AC; BC. Ví dụ 3. Cho tam giác ABC cân ở tại A với BAC Trên tia BD lấy điểm K sao cho BK = BA. Tính số đo của góc HAK. Giải - Cách 1. Vì tam giác ABC cân tại A có AH vuông góc với BC, dễ dàng chứng minh được AH là đường =A . suy ra A phân giác của góc BAC 2 3

= BAK Mặt khác BA = BK (giả thiết) nên ∆ABK cân tại B, suy ra BKA

=A + 2A (1) hay BKA 1 2 Trong tam giác vuông ADK có:

+A = 90° (2) K 1 Thay (1) vào (2) ta được: + 2A = 90° , 2A 1 2 +A = 45° Suy ra A 1 2

= 45° Vậy HAK

Trang 2

- Cách 2. Gọi I là giao điểm của AK và BC.

= ɵI + CBD (góc ngoài tam giác) ∆BIK có AKB

(

)

=A = 90°− ACB nên AKB = ɵI + A (1) Mà CBD 2 2 = IAH +A (2) Ta có KAB 3

= KAB (3). Mặt khác: AKB Từ (1), (2), (3) suy ra:

+A = ɵI + A IAH 3 2 =A ⇒ IAH = ɵI Lại có A 2 3 suy ra ∆AHI cân tại H

= 45° ⇒ HAK * Nhận xét: • Bài toán này có nhiều cách giải. Ngoài hai cách tính trên đây, chúng ta có thể hạ

KJ ⊥ AH ( J ∈ AH ) rồi chứng minh ∆AJK vuông cân tại J. > 90° ta có kết quả HAK = 135° (bạn đọc tự chứng minh theo ý tưởng trên) • Nếu BAC = 15° và CE Ví dụ 4. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Trên tia AC lấy hai điểm E và F sao cho ABE

= CF. Tính số đo của góc CBF. Giải Trên

nửa

mặt

phẳng

bờ

BE

chứa

điểm

F,

dựng

tam

giác

đều

BED.

Ta

có

= ABC − ABE = 45°−15° = 30° ⇒ CBD = 30° EBC Khi đó BC là tia phân giác góc EBD nên ∆BCD = ∆BCE (c.c.c) ⇒ CD = CE = CF,

Suy ra tam giác DEF vuông tại D. Ta có:

= 180°− AEB − BED DEF = 180°− 75°− 60° = 45° Vậy DEF vuông cân tại D. Lại có.

= 45°; ACB = 45° ⇒ DFE = ACB , do đó BC // DF. DFE = BDE + EDF + 60° + 90° = 150° nên Ta lại có tam giác DBF cân tại D (vì DB = DF = DE) và BDF

= DBF = 15° , suy ra CBF = DFB = 15° . Vây CBF = 15° DFB

Trang 3

* Nhận xét. Dựa vào kỹ thuật trên, chúng ta có thể giải đươc bài toán đảo: Cho tam giác ABC vuông cân

= 15° . Trên cạnh AC lấy điểm E sao cho CE = CF. tại A. Trên tia đối của tia CA lấy điểm F sao cho CBF Tính số đo của góc CBE.

= 20° . Trên cạnh AB lấy điểm D sao cho AD = BC. Tính Ví dụ 5. Cho tam giác ABC cân tại A có A . ACD Giải

=C = 80° do đó B −A = 80°− 20° = 60° là một góc của tam * Tìm cách giải. Từ đề bài, ta tính được B giác đều. Do đó ta có thể nghĩ đến phương pháp để vẽ đường phụ là tam giác đều. Khi vẽ đường phụ chúng ta chú ý vẽ xuất phát điểm luôn luôn xuất hiện mối liên hệ giữa 20°; 60°; 80°. Sau đây là một vài cách: * Trình bày lời giải - Cách vẽ 1. Dựng điểm I nằm trong tam giác sao cho tam giác BIC là tam giác đều. Ta có ∆ABI và ∆ACI có AB = AC, IB = IC, AI là cạnh chung ⇒ ∆ABI = ∆ACI (c.c.c)

= CAI = 10° (1) ⇒ BAI Mặt khác

∆ADC

và

∆CIA

có AD = CI (= BC),

= ICA (= 20°) , AC là cạnh chung ∆ADC = ∆CIA (c.g.c) DAC

= CAI (2) ⇒ ACD = 10° Từ (1), (2) ⇒ ACD - Cách vẽ 2. Dựng tam giác đều ADM (M và C khác phía

= 20° + 60° = 80° . so với AB). suy ra: CAM = CAM (= 80°), ∆ABC và ∆CAM có MA = BC, ABC

AC là cạnh chung. Suy ra: = 20° và CM = AC. ∆ABC = ∆CMA (c.g.c) ⇒ ACM ∆ADC và ∆MDC có AD = MD, AC = MC, CD là cạnh

chung. Suy ra:

20° ∆ADC = ∆MDC (c.c.c) ⇒ A CD = M CD = = 10° 2 = 20° + 60° = 80°. - Cách vẽ 3. Dựng tam giác đều CAN (B; N khác phía so với AC) suy ra: DAN

∆ABC và ∆NAD có AD = BC, = NAD (= 80°), AB = AN (= AC) ABC

Trang 4

Suy ra ∆ABC = ∆NAD (c.g.c) = 20° ⇒ AC = ND và AND

Xét ∆DNC ta có ND = NC (cùng bằng AC) ⇒ ∆CND cân tại N mà

= 60°− CND AND = 60°− 20° = 40° = ⇒ NCD

180°− 40° = 70°− 60° = 10° = 70° ⇒ ACD 2

- Cách vẽ 4. Dựng tam giác đều ABK (K; C cùng phía so với AB). Ta có ∆ACK cân tại A mà

= 60°− 20° = 40° CAK

= ⇒ AKC

180°− 40° = 70° 2

Mặt khác: ADC và ∆BCK có AD = BC, = CBK (= 20°), AC = AK (= AB ). DAC

Suy ra ∆ADC = ∆BCK (c.g.c) = BKC = 70°− 60° = 10° ⇒ ACD

= 30°, MAC = 15°. Tính số đo góc BCA ? Ví dụ 6. Cho ∆ABC , M là trung điểm của BC, BAM Giải

= 45° nên chúng ta nghĩ tới việc dựng tam giác vuông cân. Do vậy chúng ta có * Tìm cách giải. Do BAC thể giải như sau: * Trình bày lời giải Kẻ CK ⊥ AB. Ta có ∆AKC vuông cân tại K

= 45° ) (vì BAC ⇒ KA = KC . Vẽ ∆ASC vuông cân tại S (K, S khác phía so với AC).

Do ∆BKC vuông tại K ⇒ KM =

1 BC = MC 2

= MCK ⇒ AKM = SCM ⇒ ∆KMC cân tại M MKC Dễ dàng chứng minh được ∆KAC = ∆SAC ⇒ AK = CK = CS = SA.

= SCM , KA = CS ∆KAM và ∆CSM có KM = CM, AKM = 30° ⇒ ASM = 60° và ⇒ ∆KAM = ∆CSM (c.g.c) ⇒ CSM

= 60° ⇒ ∆ASM đều ⇒ AS = SM = AK ⇒ ∆AKM cân tại A SAM = MCK = 90°− 75° = 15° ⇒ BCA = 45°−15° = 30° ⇒ MKC Trang 5

= 3. B . Trên nửa mặt phẳng bờ BC, chứa điểm A, vẽ tia Cy sao Ví dụ 7. Cho tam giác ABC cân tại A có A = 132° . Tia Cy cắt tia phân giác Bx của góc B tại D. Tính số đo góc ADB. cho BCy Giải

= 3. B , suy ra B =C = 36°. Trên tia BA lấy điểm E sao cho BE = BC Từ giả thiết ∆ABC cân tại A và A từ đó dễ dàng chứng minh được BD vuông (E nằm ngoài đoạn AB), khi đó Bx là tia phân giác của ABC góc với CE.

= = 72° Tam giác EBC cân tại B có; EAC ABC + ACB = CAE ⇒ ∆ACE cân tại C nên CA = CE (1). = 180°− 36° = 72° . Do đó AEC AEC 2 = 132° — 72° = 60° nên ∆DEC là tam giác đều (2). Ta lại có ∆DEC cân tại D, và ECD

= 132° — 36° = 96° Từ (1) và (2) suy ra ∆CAD cân tại C, có ACD = ⇒ ADC

180°− 96° = 42° . 2

= 180°−132°−18° = 30° , suy ra: Trong ∆BCD có BDC = ADC − BDC = 42°− 30° = 12° . Vậy ADB = 12° ADB C. Bài tập vận dụng

= 80°. Điểm D thuộc miền trong tam giác sao cho 14.1. Cho tam giác ABC cân tại A, A = 10°; DCB = 30° . Tính số đo ADB . DBC 14.2. Cho tam giác vuông ABC vuông cân tại A. Điểm D thuộc miền trong tam giác sao cho

= 150° và tam giác DAC cân tại D. Tính số đo ADB ADC

= 45°; A = 15° . Trên tia đối của tia CB lấy điểm D sao cho CD = 2BC. Vẽ 14.3. Cho ∆ABC, B

DE ⊥ AC ( E ∈ AC) . a) Chứng minh rằng: EB = ED. . b) Tính số đo ADB

Trang 6

= 100° . Qua B dựng tia Bx sao cho CBx = 30°. Tia phân giác 14.4. Cho tam giác ABC cân tại A có A của góc ACB cắt tia Bx tại D. a) So sánh CD với CA.

b) Tính số đo của góc BDA.

= 40°. Trên tia phân giác AD của góc A lấy điểm E sao 14.5. Cho tam giác ABC cân tại A có A = 30° ; trên cạnh AC lấy điểm F sao cho CBF = 30° cho ABE

. b) Tính số đo của BEF

a) Chứng minh rằng: AE = AF.

= 20° . Trên cạnh AC lấy điểm D sao cho CBD = 50° , 14.6. Cho tam giác cân ABC (AB = AC) với BAC = 60° . Tính số đo góc CED . trên cạnh AB lấy điểm E sao cho BCE

= 100° . Điểm M nằm trong tam giác sao cho MAC = MCA = 20° . 14.7. Cho tam giác ABC cân có BAC Tính số đo góc AMB.

= 55°, ABC = 115° . Trên tia phân giác của góc ACB lấy điểm M sao 14.8. Cho tam giác ABC với BAC = 25° . Tính số đo góc BMC. cho MAC = 80° . Điểm M nằm trong tam giác sao cho 14.9. Cho tam giác ABC cân tại A có BAC = MCA = 10° . Tính số đo góc AMB. MAC = 80° . Gọi M là điểm nằm ngoài tam giác sao cho 14.10. Cho tam giác ABC cân tại A có BAC

= 10°, MCB = 30° . Tính số đo các góc AMB ; AMC . MBC 14.11. Cho tam giác đều ABC, điểm D nằm giữa A và B. Đường thẳng vẽ từ D vuông góc với AC cắt đường thẳng vẽ từ B vuông góc với BC tại điểm M. Gọi N là trung điểm của AD. Tính số đo góc MCN? HƯỚNG DẪN GIẢI 14.1. Tìm cách giải. Đây là bài toán khó bởi chúng ta khó nhận ra mối quan hệ giữa giả thiết và kết luận

+ DBC = 60° là một góc của tam giác đều. Từ đó chúng ta để tìm cách giải quyết bài toán. Ta có: ABC có thể vẽ để tạo ra tam giác đều theo các hướng sau: - Cách 1. Dựng tam giác đều BCM (A; M cùng phía so với BC). ∆ABM và ∆ACM có AB = AC, MB = MC, MA là cạnh chung.

Suy ra ∆ABM = ∆ACM (c.c.c) = AMC = 30° ⇒ AMB

Xét ∆ABM và ∆DBC có BM = BC, = DCB = 30°; ABM = DBC = 10° AMB

⇒ ∆ABM = ∆DBC (g.c.g ) ⇒ AB = DB ⇒ ∆ABD cân tại B

= ⇒ ADB

180°− 40° = 70° 2

Trang 7

- Cách 2. Dựng tam giác đều ABE (C và E cùng phía so với AB) = 20° ⇒ ACE = 180°− 20° = 80° Ta có: ∆ACE cân tại A, mà CAE 2

= 80°− 50° = 30° ⇒ ∆BDC = ∆BEC (g.c.g ) ⇒ BCE ⇒ BD = BE = BA ⇒ ∆BAD cân tại B = ⇒ ADB

180°− 40° = 70° . 2

- Cách 3. Dựng tam giác đều ACK (B; K cùng phía so với AC) Ta có ∆ABK cân lại K, mà

= 20° ⇒ ABK = 80° BAK = 80°− 50° = 30° ⇒ CBK ⇒ ∆BDC = ∆CKB (g.c.g)

⇒ BD = CK ⇒ ∆ABD cân tại B

= 40° Mà ABD = ⇒ ADB

180°− 40° = 70° 2

- Cách 4. cắt CD kéo dài tại M. Kẻ tia phân giác của góc ABD

= MCB = 30° ⇒ ∆BMC cân tại M ⇒ BMC = 120° Ta có: MBC Mặt khác ∆AMB = ∆AMC (c.c.c)

= AMC = 360°−120° = 120° ⇒ AMB 2 ⇒ ∆ABM = ∆DBM (c.g.c) ⇒ AB = DB ⇒ ∆ABD cân tại B,

= 40° Mà ABD = ⇒ ADB

180°− 40° = 70° 2

14.2. Nhận xét. Để tính được góc ADB ta cần chứng minh tam giác ABD cân tại B. Ta có 150°− 90° = 60° là một góc của tam giác đều. Do vậy trong bài toán này ta phải tìm cách vẽ kẻ để tạo ra

tam giác đều từ đó tìm cách tính góc ADB. Có thể vẽ đường phụ theo các cách sau: - Cách 1. Dựng ∆ đều ADF (B; F cùng phía so với AC).

= 150° Ta có: ∆ADC cân tại D mà ADC = ⇒ CAD

180°−150° = 15° 2

Trang 8

= 90°− (15° + 60°) = 15° ⇒ BAF ⇒ ∆ADC = ∆AFB (c.g.c) ⇒ AFB = 150°

= 15° ⇒ DFB = 360°− (60° + 150°) = 150° Và ABF

⇒ ∆AFB = ∆DFB (c.g.c) ⇒ AB = DB ⇒ ∆ABD cân tại B

= 30° mà ABD = ⇒ ADB

180°− 30° = 75° 2

- Cách 2. Dựng tam giác đều ACE (E; B khác phía so với AC) ∆ADE và ∆CDE có AD = CD, AB = CE,

DE là cạnh chung, suy ra = CDE = 75° ∆ADE = ∆CDE (c.c.c) ⇒ ADE

∆ADE và ∆ADB có AB = AE, = EAD (= 75°) , AD là cạnh chung, BAD

suy ra ∆ADE = ∆ADB (c.g.c)

= ADB = 75° ⇒ ADE = 75° Vậy ADB

- Cách 3. Dựng tam giác đều CDK (K; B cùng phía so với AC) suy ra

= KCB = 30° DCB ∆DCB và ∆KCB có CD = CK,

= KBC = 30° , BC là cạnh chung, DCB suy ra ∆DCB = ∆KCB (c.g.c) ⇒ DB = KB (*)

∆ADK và ∆ADC có DK = DC, = ADC = 150° , AD là cạnh chung, ADK suy ra ∆ADC = ∆ADK (c.g.c) ⇒ AC = AK ; AC = AB ⇒ AK = AB (1) = KAD = 15° ⇒ KAB = 90° — 30° = 60°(2) Mặt khác: CAD

Từ (1), (2) ⇒ ∆ABK là tam giác đều ⇒ BK = BA(**) Từ (*) (**) ⇒ DB = BA ⇒ ∆ABD cân tại B

= BDA = 90° — 15° = 75°. ⇒ BAD

= 75°. Vậy ADB = 15° (Bx - Cách 4. Dựng tia Bx sao cho ABx

Trang 9

và C cùng phía so với AB). Tia Bx cắt tia CD tại I.

= ICB = 30° ) Ta có ∆BIC cân tại I ( IBC ⇒ BI = CI ⇒ ∆ABI = ∆ACI ( c.c.c)

= CAI = 45° do ∆BIC cân tại I ⇒ BAI = 150° — (30° + 30°) = 120°. ⇒ BIC

Mặt khác, ∆ACI có: = 15°; CAI = 45° ⇒ AIC = 180° — (15° + 45°) = 120°. ACI = 360° — (120° + 120°) = 120°. Từ đó ta có: AIB

= DIB = 120° .(*) Vậy AIB = ACD + CAD = 30° (Góc ngoài tam giác) Xét tam giác: AID có ADI = 45°−15° = 30° ⇒ ∆AID cân tại I ⇒ IA = ID (**) DAI = DBI = 15° Từ (*) và (**) ⇒ ∆AIB = ∆DIB (c.g.c) ⇒ AB = DB và ABI ⇒ ∆ABD cân tại B. = ⇒ ABI

180°− 30° = 75° 2

14.3.

= ABC + BAC = 45° + 15° = 60° a) Ta có ACD = 30° nên CD = 2CE Từ đó trong tam giác ECD vuông tại E, có CDE (theo ví dụ 8, chuyên đề 9), ta lại có CD= 2BC nên CE = BC, suy ra = 30° = CDE CBE ∆EBD cân tại E suy ra EB = ED.

= ABC − CBE = 45° — 30° = 15° = EAB ⇒ ∆EAB cân tại E, b) Ta có ABE = 45°. ta lại có EA = EB = ED ⇒ ∆EAD vuông cân tại E ⇒ EDA = ADE + EDB = 45° + 30° = 75° Vậy ADB

14.4. a) Dựng tam giác đều BEC sao cho E và A cùng nằm trên nửa mặt phẳng bờ BC. Trang 10

Ta có BA = CA, BE = CE, AE là một cạnh chung ⇒ ∆ABE = ∆ACE (c.c.c)

= AEC = 30° suy ra AEB = 100° nên suy ra ∆ABC cân tại A có A

= ABC = 40° ⇒ ECA = ACD = DCB = 20° ACB Suy ra ∆DBC = ∆AEC (g − c − g ) ⇒ CD = CA

(

)

= 180°− ABD + BAD (1). b) Ta có BDA = ABC − DBC = 10°(2). Mà ABD   = BAC − DAC = BAC − 180°− ACD  = 100°− 180°− 20°  = 20° (3). BAD       2 2 

Từ (l), (2) và (3) suy ra:

(

)

= 180°− ABD + BAD = 180° — (10° + 20°) = 150°. BDA * Mở rộng bài toán: Có thể thay kết luận bằng yêu cầu: Tính số đo các góc ADC; BAD. 14.5.

= 40° = BAC ⇒ ∆BFA cân tại F ⇒ FA = FB (1) a) Ta có FBA nên BAE = 20°. AH là phân giác của BAC Dựng tam giác đều ABD sao cho D nằm trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa điểm B thì DA = DB, = 20° (2) FAD

Từ (1 ) và (2) suy ra ∆ADF = ∆BDF

= BDF = 30°. (c.c.c) ⇒ ADF Từ đó dễ dàng suy ra ∆FAD = ∆EAB (g — c − g ) ⇒ AE = AF.

= 180° — ADF − DAF = 180°− 30° — 20° = 130° b) Ta có DFA = DFB = 130°; EFA = 80° nên suy ra EFB = 20°, EBF = 10° Ta có DFA

(

)

= 180° — EBF + EFB = 150°. Trong ∆BFE thì BEF 14.6. - Cách 1. Vẽ tam giác đều ACF sao cho F nằm trên nửa mặt bờ AB không chứa điểm C Gọi giao điểm của CF và AB là K Trang 11

= 20°; ECK = 40° ; Ta có BCK

(

)

= 180° − CBK + BCK = 80° BKC ⇒ ∆CBK cân tại C ⇒ CK = BC

(

(1).

)

= 180° − CBD + BCD = 50° BDC ⇒ ∆CBD cân tại C ⇒ CD = BC (2).

Từ (1) và (2) suy ra CD = CK

= 60° ⇒ ∆KCD cân tại C và DCK ⇒ ∆KCD là tam giác đều ⇒ CK = DK (3).

= KEC = 40° nên ∆CKE cân tại K ⇒ CK = EK (4). ∆CKE có KCE Từ (3) và (4) suy ra EK = DK ⇒ ∆EKD cân tại K và có

(

)

= 180° − CKD + BKC = 40° nên KED = 70° mà BEC = 40° EKD = 30° ⇒ CED - Cách 2. Vẽ EF // BC (F thuộc AC). Gọi P là giao điểm của BF và CE, do

= 60° nên ∆BPC BCE

đều

⇒ CP = CB (1). = CDB = 50° nên ∆BCD cân tại C, dẫn đễn Do CBD CD = CB (2). Từ (1) và (2) suy ra ∆DCP cân tại C nên = 80°; DPF = 40° . Mà DFP = 40° nên ∆DPF cân DP = DF. CPD Từ đó ∆DPF = ∆DFE (c.c.c)

= FED = 30° . Hay CED = 30° Suy ra PED

- Cách 3. Trên tia CA; CB lấy V và U sao cho CV = CU = CE.

= 60° nên ∆CEU đều, do đó EU = EC Ta có CE = CU và BCE = 60° . Vì CEB = 40° nên BEU = 20° . và CEU Lại có ∆ACE cân nên AE = CE, do đó AE = EU.

= UEB Có ∆AEV = ∆EUB ( AE = EU ) , EAV = 20°, AV = AC − CV = AB − EC = AC − AE = EB

AVE = EBU Nên EV = BU và = 180° − ABC = 180° − 80° = 100° . Mặt khác, BU = CU − BC = CV − CD = DV Nên EV = DV. Do đó ∆EVD cân tại V, suy ra

Trang 12

=1 DEV AVE = 50° . 2 = 20° , suy ra Ta có ∆CVE cân tại C có ECV = CVE = 80° . Từ đó CED = CEV − DEV = 80° − 50° = 30° CEV = 60° - Cách 4. Lấy F trên AB sao cho DCF

(

)

= 20° ⇒ ∆BCF cân CFB = CBF = 80° , ⇒ FCB

(

= CDB = 50° Nên CF = CB. Ta có ∆BCD cân CBD

)

Suy ra CB = CD = 60° nên ∆CDF đều, do đó Từ đó CF = CD mà DCF

= 40° = FEC nên FE = FC, suy ra FE = FD. FCE = 40° , suy ra FED = 70° . Vậy ∆FED cân tại F. Vì EFD = FED − FEC = 70° − 40° = 30° . Ta có CED 14.7. Giả sử CM cắt AB tại E, tia phân giác góc BEC cắt BM, BC lần lượt tại H và K. Ta có tam giác MAC cân tại M, nên AME = 20° + 20° = 40°

= CEK = BEK = 60° , suy ra ∆CEA = ∆CEK (g.c.g) Lại có CEA ⇒ ∆MEA = ∆MEK (c.g.c) Suy

ra

= 40° . AME = KME

∆EKB = ∆EKM

= 40° nên EBK

Vì

(g.c.g), suy ra

∆EHB = ∆EHM

= 90° . (c.g.c), do đó EHM = 90°, HEM = 60° , Xét tam giác HEM có EHM

= 30° . Do đó nên EMH + EMA = 30° + 40° = 70° . AMB = BME

= 180°− (55° + 115°) = 10° 14.8. Ta có C Kẻ DE ⊥ AM ( E ∈ AC) .

Trang 13

= DMA = 30° ⇒ ∆DAM cân tại D từ đó suy ra ADM = 120° , và DE là đường phân giác Ta có DAM = BDM = 60° . Do đó ∆EDC = ∆BDC (g.c.g ) ⇒ BC = EC . của góc ADM nên EDM

= MCE = 5° , MC chung. Xét ∆BMC và ∆EMC có BC = EC; MCB Do đó ∆BMC = ∆EMC (c.g.c)

= EMC = 180°− DME = 180°− DAE = 180°− 55° = 125° ⇒ BMC 14.9. Vẽ tam giác AEM đều với E và B cùng nằm trên nửa mặt phẳng bờ AM.

= 80°−10°− 60° = 10° Ta có BAE ∆BAE và ∆CAM có AB = AC, = MAC (= 10°), AE = AM BAE Suy ra ∆BAE = ∆CAM (c.g.c)

= ACM = 10° . Do đó ABE = EBA = 10° ⇒ AEB = 160° EAB = 360°− 60°−160° = 140° . ⇒ BEM

= EMB = (1800 − 1400) : 2 = 200 . Do đó Xét tam giác BEM có BE = AE = EM nên EBM AMB = 200 + 600 = 800 . 14.10. Dựng tam giác BCD đều với A, D cùng nằm trên nửa mặt phẳng bờ BC. Ta có

= ACB = 50° , suy ra ABD = 10° . ABC Từ ∆ADB = ∆ADC (c.c.c)

= ADC = 30° ⇒ ADB Từ đó ∆BAD = ∆BMC (g.c.g), suy ra BA = BM, dẫn

= 60° và đến tam giác BAM đều, suy ra AMB = (180°−10°− 30°) − 60° = 80° . AMC

14.11. Vẽ tam giác đều MCE (N và E thuộc cùng một nửa mặt phẳng bờ CM).

= BCM (cùng + MCA = 60° ) Ta có ACE ∆ACE và ∆BCM có BC = AC,

= BCM , MC = EC ACE Trang 14

⇒ ∆ACE = ∆BCM (c.g.c)

= CBM = 90° ⇒ CAE

⇒ AE / / DM (cùng ⊥ AC ) = MDN (so le trong). ⇒ EAN = MDB = 30° ⇒ ∆MBD cân tại M ⇒ MB = MD Ta có MBD Mà MB = AE (vì ∆ACE = ∆BCM ) ⇒ MD = AE . = EAN = 150° ∆AEN và ∆DMN có MD = AE, MDN

⇒ ∆AEN = ∆DMN (c.g.c) ⇒ MN = NE ∆MCN và ∆ECN có MC = EC, MN = EN , CN là cạnh chung

= NCE ⇒ ∆MCN = ∆ECN (c.c.c) ⇒ MCN + NCE = MCE = 60° ⇒ MCN = 1 MCE = 30° . Mà MCN 2

Trang 15

PHẦN I. CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP DẠNG 1: VẬN DỤNG QUAN HỆ GIỮA ĐƯỜNG VUÔNG GÓC VÀ ĐƯỜNG XIÊN. QUAN HỆ GIỮA ĐƯỜNG XIÊN VÀ HÌNH CHIẾU 1. KIÊN THÚC CƠ BẢN: 1.1. Trong các tam giác vuông có các cạnh góc vuông AH và cạnh huyền AB thì AB ≥ AH . Dấu “=” xảy ra ⇔ B trùng với H. 1.2. Trong các đoạn thẳng nối từ một điểm đến các điểm thuộc một đường thẳng, đoạn thẳng vuông góc với đường thẳng có độ dài nhỏ nhất. 1.3. Trong các đoạn thẳng nối hai điểm nằm trên hai đường thẳng song song, đoạn thẳng vuông góc với hai đường thẳng song song có độ dài nhỏ nhất. 1.4. Trong hai đường xiên cùng kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó. đường xiên nào có hình chiếu lớn hơn thì lớn hơn. 2. BÀI TẬP VẬN DỤNG. Bài 1: Cho tam giác ABC có AB ≤ AC ; AH là đường cao. D là điểm trên đường thẳng AH. Chửng minh rằng DB ≤ DC HƯỚNG DẪN GIẢI

HB, HC lần lượt là hình chiếu của AB và AC trên đường thẳng BC; AB ≤ AC ⇒ HB ≤ HC HB và HC lần lượt là hình chiếu của DB và DC trên đường thẳng BC nên HB ≤ HC ⇒ DB ≤ DC

Bài 2:Cho điểm A nằm ngoài đường thẳng xy và cách đường thẳng xy một khoảng bằng a. Gọi M là điểm di dộng trên xy. Vẽ tam giác ABC vuông tại A sao cho AM là đường cao của tam giác đó. Tính giá trị nhỏ nhất của tích MB.MC HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 1

Gọi H là hình chiếu của A trên đường thẳng xy H là điểm cố định và AH = a. Ta có: AM ≥ AH . Dấu ‘=” xảy ra ⇔ M ≡ H Xét ∆ABC vuông tại A có AM là đường cao nên MB.MC = AM 2 ≥ AH 2 = a 2 : không đổi Dấu “=” xảy ra ⇔ AM = AH ⇔ M ≡ H Vậy tích MB.MC đạt giá trị nhỏ nhất là a2

⇔M ≡H

Bài 3:Cho tam giác ABC vuông tại A. Một đường thẳng d đi qua trọng tâm G của tam giác cắt các cạnh AB, AC lần lượt tại M và N. Chứng minh rằng:

1 1 9 + ≥ 2 2 AM AN BC 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ AH vuông góc với d tại H. Gọi I là giao điểm của AG và BC nên I là trung điểm của BC. Ta có: Mà

1 1 1 + = 2 2 AM AN AH 2

1 1 1 9 (vì AH ≤ AG ) ≥ = = 2 2 2 AH AG BC 2 2   AI  3 

Do đó

1 1 9 + ≥ . Dấu “=” xảy ra ⇔ d ⊥ AG 2 2 AM AN BC 2

Bài 4: Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AH. Trên AB vả AC lần lượt lấy hai điểm M, N sao Trang 2

cho AM = AH = AN. Chứng minh rằng S AMN ≤

1 S ABC 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

AM = AH = AN ⇒ S AMN =

S ABC =

1 1 AM . AN = AH 2 (1) 2 2

1 BC. AH 2

Gọi D là trung điểm của BC

⇒ BC = 2. AD ≥ 2. AH nên

S ABC ≥ AH 2 ( 2 ) Từ (1) và (2) suy ra S AMN ≤

1 S ABC 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AH = AD ⇔ ∆ABC là tam giác vuông cân tại A.

Bài 5:Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AD, gọi I là giao điểm các đường phân giác của tam giác ABD, J là giao điếm các đường phân giác của tam giác ADC, đường thẳng IJ cắt AB tại M và cắt AC tại N. Chứng minh rằng: a) Tam giác AMN vuông cân

b) S AMN ≤

1 S ABC 2 HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Từ I và J hạ các đường vuông góc với các cạnh AB, AC, BC và AD (như hình vẽ)

⇒ IP = IQ = IF , JH = JK = JE Ta chứng minh JG = AE ; JK = JE = JH = ED nên JG + JK = AD ⇒ AK + AG = AD Do đó AG + AK = AQ + AL ( = AD ) . Nên AQ − AG = AK − AL ⇒ GQ = LK

Trang 3

Gọi O là giao điểm của IL và IG ⇒ OI = OJ ⇒ ∆AMN vuông cân tại A.

b) Từ câu a) suy ra AM = AN = AD

⇒ S AMN =

1 1 AM . AN = AD 2 2 2

Gọi T là trung điểm của BC, ta có

S ABC =

1 BC. AD = AT . AD ≥ AD 2 2

Suy ra: S AMN ≤

1 S ABC 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AD = AT ⇔ ∆ABC là tam giác vuông cân tại A

Cách 1: Câu a. Gọi O là giao điểm của BI và CJ; P, Q là giao điểm của AI và AJ với BC

= = DAC +A ⇒P = PAC (vì ) Ta có: P ABC + A1; PAC ABC = DAC 1 2 1 ⇒ ∆CPA cân tại C ⇒ Phân giác CJ cũng là đường cao ⇒ CJ ⊥ AP ⇒ JQ ⊥ AP (1) Tương tự ∆ABQ cân tại B

⇒ Phân giác BI cũng là đường cao ⇒ BI ⊥ AQ ⇒ IO ⊥ AQ (2) . Từ (l) và (2) suy ra AO ⊥ MN mà AO là phân giác của góc MAN Do đó ∆AMN vuông cân tại A

=D = 45° do đó ta chứng minh được: ∆AMI = ∆ADI ( g .c.g ) ⇒ AM = AD = AN Ta có: M 1 1

Trang 4

Cách 2: Câu b. Ta có:

⇒

1 1 1 1 = + ≥ 2. 2 2 2 AD AB AC AB. AC

1 1 AB. AC ≥ AD 2 ⇒ S ABC ≥ 2 S AMN ⇒ S AMN ≤ S ABC 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AB = AC ⇔ ∆ABC vuông cân tại A.

Bài 6: Cho đường tròn (O) đường kính BC và điểm A thuộc đường tròn (O). Đường cao AH của tam giác ABC. Gọi I, K theo thứ tự là giao điểm của các phân giác của các tam giác AHB, AHC. Đường thẳng IK cắt AB, AC tại M và N. Chứng.minh S AMN ≤

1 S ABC (SAMN là diện tích của tam giác AMN; SABC là 2

diện tích của tam giác ABC) (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, Quận Phú Nhuận - Tp.Hồ Chí Minh năm học 2005 - 2006)

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi D là giao điểm của AI và BC, J là giao điếm của BI và CK.

∆ABC có BJ, CJ là hai đường phân giác ⇒ J là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC Trang 5

⇒ AJ là phân giác cúa tam giác ABC Mặt khác ta có:

= 90° (vì ∆HAD vuông tại H) (1) ADH + DAH = 90° (vì góc nội tiếp chắn nửa đường tròn) BAC + BAD = 90° Nên DAC

(2)

= BAD (vì AD là phân giác BAH ) (3) Mà DAH Từ (1), (2) và (3) suy ra ADH = DAC ⇒ ∆CAD cân tại C. Lại có CJ là phân giác của ∆CAD nên CJ là đường cao của ⇒ ∆CAD ⇒ KJ ⊥ AI Chứng minh tương tự, ta có IJ ⊥ AK ⇒ J là trực tâm ∆AIK ⇒ AJ ⊥ IK

∆AMN có AJ vừa là đường cao vừa là phân giác nên là tam giác cân. Do đó ∆AMN vuông cân tại A.

= IAH ; Ta có: ∆AMN ∽ ∆AHI (vì MAI AMI = AHI = 45° ) ⇒

AM AI = = 1 ⇒ AM = AH AH AI

Ta có: AH ⊥ BC nên AH ≤ AO mà AO =

S AMN =

BC 2

1 1 1 1 AM . AN = AH 2 ; S ABC = AH .BC ⇒ S AMN ≤ S ABC 2 2 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AB = AC ⇔ ∆ABC vuông cân tại A.

Cách 2: Ta có:

⇒

1 1 1 1 = + ≥ 2. 2 2 2 AH AB AC AB. AC

1 1 AB. AC ≥ AH 2 ⇒ S ABC ≥ 2 S AMN ⇒ S AMN ≤ S ABC 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AB = AC ⇔ ∆ABC vuông cân tại A.

Bài 7:Cho hình vuông ABCD. Hình vuông HEFG có các đỉnh H, E, F, G lần lượt nằm trên các cạnh DA, AB. BC, CD. Hãy xác định vị trí hình vuông HEFG để nó có diện tích nhỏ nhất

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 6

Kẻ OK ⊥ AB tại K ⇒ K cố định Tâm của hai hình vuông trùng nhau tại một điểm O. Ta có: S EFGH =

EG.FH 2OE.2OE = = 2.OE 2 ≥ 2.OK 2 :không đổi 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ OE = OK ⇔ E trùng K Vậy diện tích EFGH nhỏ nhất ⇔ Các đỉnh H, E. F, G lần lượt là trung điểm các cạnh DA, AB, BC, CD.

Bài 8:Cho tam giác ABC. Ọua A dựng đường thẳng d cắt cạnh BC của tam giác sao cho tổng các khoảng cách từ B và C đến d có giá trị nhỏ nhât.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi D là giao điểm của d và cạnh BC. Vẽ BB′, CC ′ vuông góc với d tại B′, C ′ Với mọi vị trí của D trên cạnh BC ta có S BAD + SCAD = S ABC

⇒

1 1 2S AD.BB′ + AD.CC ′ = S ⇒ BB′ + CC ′ = 2 2 AD Trang 7

Do đó BB′ + CC ′ nhỏ nhất ⇔

2S nhỏ nhất AD

⇔ AD lớn nhất Giả sử AC ≥ AB thì trong hai đường xiên AD, AC đường xiên AD có hình chiếu nhỏ hơn. Do đó AD ≤ AC : không đổi AD = AC ⇔ D trùng C Vậy đường thẳng d phải dựng là đường thẳng chứa cạnh lớn nhất trong hai cạnh AB. AC.

Bài 9: a) Cho tam giác ABC. M là điểm thuộc AC. Chứng minh rằng:

S ABC ≤

1 1 AB. AC ; S ABC ≤ BM . AC 2 2

b) Cho tứ giác ABCD. Chứng minh rằng S ABCD ≤

1 AC.BD 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Gọi BH là đường cao của ∆ABC . Ta có: BH ≤ AB Do đó: S ABC =

1 1 BH . AC ≤ AB. AC 2 2

Ta có: BH ≤ BM . Do đó S ABC =

1 1 BH . AC ≤ BM . AC 2 2

b) Gọi O là giao điểm của hai đường chéo AC, BD BH và DK là hai đường cao của ∆ABC và ∆DAC Ta có: BH ≤ OB và DK ≤ OD Trang 8

Suy ra BH + DK ≤ BO + OD = BD Do đó S ABCD = S ABC + S DAC =

BH . AC DK . AC AC AC.BD + = ( BH + DK ) ≤ 2 2 2 2

Bài 10: Cho tứ giác ABCD có các cạnh AB = a, BC = b, CD = c, DA = d. Chứng minh rằng:

S ABCD ≤

1 ( a + c )( b + d ) 4 HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ BH ⊥ AD, BK ⊥ DC . Ta có: BH ≤ AB = a, BK ≤ BC = b

S ABCD = S ABD + S DBC = Tương tự S ABCD ≤ Do đó 2.S ABCD ≤

⇒ S ABCD ≤

BH . AD BK .DC a.d b.c + ≤ + 2 2 2 2

a.b c.d + 2 2

a.b c.d a.d b.c + + + 2 2 2 2

1 ( a.b + c.d + ad + bc ) 4

Mà ab + cd + ad + bc = ( ab + ad ) + ( cd + bc )

= a ( b + d ) + c ( b + d ) = ( b + d )( a + c ) Do đó S ABCD ≤

1 ( a + c )( b + d ) 4

Bài 11. Cho tam giác ABC có độ dài các cạnh a, b, c, diện tích tam giác bằng S. Chứng minh rằng: 6S ≤ a 2 + b 2 + c 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 9

Theo bài 9, ta có: 2 S ≤ ab; 2 S ≤ ac; 2S ≤ bc Nên 6 S ≤ ab + bc + ca (1) Ta có: 2ab ≤ a 2 + b 2 ; 2bc ≤ b 2 + c 2 ; 2ac ≤ a 2 + c 2 Suy ra: ab + bc + ca ≤ a 2 + b 2 + c 2 (2) Từ (1) và (2) suy ra: 6 S ≤ a 2 + b 2 + c 2 Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c ⇔ ∆ABC đều.

Bài 12. Gọi a, b, c, d theo thứ tự là độ dài các cạnh AB, BC, CD, DA của tứ giác ABCD; S, p theo thứ tự là diện tích và nửa chu vi của tứ giác. Chứng minh rằng: a) S ≤

a 2 + b2 + c2 + d 2 4

b) 4 S ≤ ( a + c )( b + d ) ≤ p 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Kẻ BH ⊥ AD, BK ⊥ DC . Trang 10

Ta có: BH ≤ AB = a, BK ≤ BC = b

S = S ABD + S DBC = Tương tự: S ≤ Do đó: 2.S ≤

⇒S≤

BH . AD BK .DC a.d b.c + ≤ + 2 2 2 2

a.b c.d + 2 2

a.b c.d a.d b.c . + + + 2 2 2 2

1 ( a.b + c.d + ad + bc ) 4

Mà ab + cd + ad + bc = ( ab + ad ) + ( cd + bc ) = a ( b + d ) + c ( b + d ) = ( b + d )( a + c ) Do đó: S ABCD ≤

1 1 ( a + c )( b + d ) . Ta có: S ≤ ( a.b + c.d + ad + bc ) (theo bài toán trên) 4 4

Cách 1: Áp dụng bất đẳng thức xy ≤ Ta có: S ≤ Vậy S ≤

1 2 x + y 2 ) với x, y > 0 . ( 2

1 1 1 1 ( ab + bc + cd + da ) ≤ . .2 ( a 2 + b 2 + c 2 + d 2 ) = ( a 2 + b 2 + c 2 + d 2 ) 4 4 2 4

a 2 + b2 + c2 + d 2 4

Cách 2:

S ABC ≤

a2 + b2 c2 + d 2 a 2 + b2 + c2 + d 2 1 1 . Do đó: S ≤ ; S ADC ≤ cd ≤ ab ≤ 2 4 2 4 4

b) Ta có: S ≤

1 ( a + c )( b + d ) ⇔ 4S ≤ ( a + c )( b + d ) 4

Theo bài toán 9b, ta có: 2 S ≤ ab + cd ; 2 S ≤ ad + bc 2

 a+b+c+d  2 Suy ra: 4 S ≤ ( ab + cd ) + ( ad + bc ) = ( a + c )( b + d ) ≤   =p 2  

Bài 13. Cho đường tròn (O; R) và điểm A cố định sao cho OA > R, một đường thẳng d quay quanh A cắt đường tròn (O) tại B và C. Xác định vị trí của đường thẳng d để tổng độ dài AB + AC đạt giá trị lớn nhất.

Trang 11

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ OH ⊥ BC tại H ⇒ HB = HC Ta có: AH ⊥ OH ⇒ AH ≤ OA Do đó : AB + AC = AH − BH + AH + HC

= 2 AH ≤ 2.OA không đổi (vì O, A cố định) Dấu “=” xảy ra ⇔ H ≡ O

⇔ Đường thẳng d đi qua tâm O

Bài 14. Cho đường tròn (O; R), AB là dây cung (AB không phải là đường kính), C là điểm chính giữa cung AB. M là điểm trên cung AB. OC cắt AB tại K. Vẽ MH ⊥ AB , H thuộc đoạn AB. a) Chứng minh rằng MH ≤ CK . b) Xác định vị trí của M để diện tích tam giác MAB lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Vì C là điểm chính giữa cung AB nên OC ⊥ AB Gọi I là giao điểm của OM và AB. Ta có: MH ≤ MI = OM − OI ≤ OC − OK = CK Trang 12

Vậy MH ≤ CK b) Ta có: S MAB =

1 1 AB.MH ≤ AB.CK = SCAB : không đổi (vì A, B, C cố định) 2 2

Dấu « = » xảy ra ⇔ M ≡ C . Vậy SMAB lớn nhất ⇔ M ≡ C

Chú ý: Khi AB = 2R. Ta có:

a) MH ≤ MO = CK b) Cách 1: Chứng minh như trường hợp trên Cách 2:

S MAB =

1 1 1 1 MA.MB = MA2 .MB 2 ≤ . ( MA2 + MB 2 ) 2 2 2 2

1 = . AB 2 = R 2 không đối 4 Dấu « = » xảy ra ⇔ MA = MB ⇔ M ≡ C Vậy SMAB lớn nhất ⇔ M ≡ C

Bài 15. Cho nửa đường tròn (O; R). đường kính AB. Trên đoạn thẳng AB lấy hai điểm C và D sao cho AC = BD (C nằm giữa A và O). Từ C và D kẻ các đường thẳng song song với nhau cắt nửa đường tròn tương ứng tại M và N. Hãy xác định vị trí của M và N để CM + DN nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 13

Gọi I là trung điểm của MN ⇒ OI ⊥ MN Ta có: OI // MC // ND. Do đó CM ⊥ MN ⇒ Tứ giác CMND là hình thang vuông có OI là đường trung bình.

= NMK = NKC = 90° ⇒ MN = CK Kẻ CK ⊥ DN tại K. Khi đó MNKC là hình chữ nhật (vì CMN Ta có: CM + DN = 2OI = 2. OM 2 − MI 2 2

2

2

 MN   CK   CD  2 2 = 2 R2 −   = 2 R −  ≥ 2 R −  ( vì CK ≤ CD )  2   2   2  Dấu “=” xảy ra ⇔ MN = CD ⇔ Hình thang CMND là hình chữ nhật

⇔ CM và DN vuông góc với AB thì Vậy CM + DN nhỏ nhất ⇔ CM và DN vuông góc với AB.

Bài 16. Cho tam giác ABC vuông cân tại A, điểm D di chuyển trên cạnh BC. Gọi I và K theo thứ tự là tâm các đường tròn ngoại tiếp các tam giác ADB và ADC. Tìm vị trí của điểm D để tứ giác AIDK có diện tích nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ AH ⊥ BC tại H ⇒ H cố định và HB = HC. Theo liên hệ giữa góc nội tiếp và góc ở tâm. ta có:

= 2.45° = 90° AID = 2.B = 2.45° = 90° AKD = 2.C Trang 14

+ IDK = 360° − ( 90° + 90° ) = 180° Suy ra IAK Lại có : ∆IAK = ∆IDK ( c.c.c )

= IDK = 90° ⇒ IAK Do đó AIDK là hình chữ nhật Lại có IA = ID nên A1DK là hình vuông

S AIDK =

1 1 1 AD.IK = AD 2 ≥ AH 2 : không đổi 2 2 2

(AH là đường cao của ∆ABC ) Vậy giá trị nhỏ nhất của SAIDK là

1 AH 2 ⇔ D là trung điểm của BC. 2

Bài 17. Cho hình bình hành ABCD. Qua A vẽ đường thẳng d không cắt hình bình hành. Gọi B′, C ′, D′ lần lượt là hình chiếu vuông góc của các điểm B, C, D trên đường thẳng d. Xác định vị trí của đường thẳng d

để tổng BB′ + CC ′ + DD′ có giá trị lớn nhất. HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi O là giao điểm của AC và BD.

O′ là hình chiếu của O trên đường thẳng d DD′ ⊥ d , BB′ ⊥ d ⇒ DD′ / / BB′ ⇒ DD′B′B là hình thang. Ta có: OO′ là đường trung bình của hình thang DD′B′B

⇒ OO′ =

BB′ + DD′ ⇒ BB′ + DD′ = 2.OO′ 2

Ta có: OO′ là đường trung bình của ∆ACC ′

Trang 15

⇒ OO′ =

CC ′ ⇒ CC ′ = 2.OO′ 2

Vì OO′ ≤ OA nên

BB′ + CC ′ + DD′ = 4.OO′ ≤ 4.OA : không đối Dấu “=” xảy ra ⇔ O′ trùng A

⇔ d vuông góc với AC tại A.

Bài 18. Cho tam giác ABC, đường thẳng d quay quanh A và d không cắt đoạn thẳng BC, D và E lần lượt là hình chiếu của B và C trên đường thẳng d. Xác định vị trí của đường thẳng d để chu vi tứ giác BDEC lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Vẽ phía ngoài tam giác ABC các tam giác OAB vuông cân tại O, IAC vuông cân tại I. Ta có: O, I cố định. Vẽ OM, IN vuông góc với d lần lượt tại M và N Gọi S là điểm đối xứng của A qua M, K là điểm đối xứng của A qua N Ta có: OS = OA = OB suy ra ASB = 45°

∆DSB vuông cân tại D ⇒ DB = DS Tương tự: EC = EK Do đó chu vi tứ giác BDEC là: 2 p = BD + DE + EC + CB

= SD + DE + EK + BC = SK + BC = 2.MN + BC ≤ 2.OI + BC : không đổi Dấu “=” xảy ra ⇔ d // OI Vậy d // OI thì chu vi tứ giác BDEC lớn nhất

Bài 19. Cho tam giác đều ABC. Các điểm M và N lần lượt di động trên các cạnh BC và AC sao cho BM = CN. Xác định vị trí của M và N để độ dài đoạn thẳng MN đạt giá trị nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI. Trang 16

Gọi P, Q lần lượt là hình chiếu vuông góc của M, N trên AB, ∆QAN vuông tại Q, ta có:

AQ =

1 1 1 AN ; PB = BM ⇒ PB = CN 2 2 2

Do đó: AQ + PB =

1 1 1 AN + CN = AC 2 2 2

Vẽ MH ⊥ NQ . Tứ giác QHMP là hình chữ nhật

⇒ MH = PQ Ta có: MH ⊥ NQ ⇒ MN ≥ MH Do đó: MN ≥ PQ = AB − ( AQ + PB ) = AB −

⇒ MN ≥

1 AC 2

1 AB : không đổi 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ M, N lần lượt là trung điểm của BC, AC. Vậy đoạn thẳng MN đạt giá trị nhỏ nhất bằng

1 AB 2

⇔ M, N lần lượt là trung điểm của BC, AC.

Bài 20. Cho tam giác đều ABC. Từ một điểm M trên cạnh AB vẽ hai đường thẳng song song với hai cạnh AC. BC lần lượt cắt BC, AC tại D và E. Tìm vị trí M trên AB để chiều dài đoạn thẳng DE đạt giá trị nhó nhất. (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9. Tp. Hồ Chí Minh năm học 2005 2006)

Trang 17

HƯỚNG DẪN GIẢI

∆AME , ∆BMD là các tam giác đều. Vẽ DH ⊥ AB tại H, EK ⊥ AB tại K, DN ⊥ KE tại N Ta có: MK =

1 1 AM ; MH = MB 2 2

Do đó HK = MK + MH =

1 1 1 AM + MB = AB 2 2 2

Tứ giác HKND là hình chữ nhật ⇒ DN = HK Lại có DN ⊥ NE nên DE ≥ DN . Do vậy DE ≥

1 AB :không đổi 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ E ≡ N ⇔ DE / / AB

⇒ Các tứ giác BMED, DMAE là hình bình hành ⇔ MA = MB = ME = DE Vậy đoạn thẳng DE đạt giá trị nhỏ nhất bằng

1 AB 2

⇔ M, N lần lượt là trung điểm của BC, AC. ⇔ MA = MB = ME = DE

DẠNG 2: VẬN DỤNG CÁC BẤT ĐẲNG THỨC TRONG TAM GIÁC VÀ QUY TẮC CÁC ĐIỂM 1. KIẾN THỨC CƠ BẢN: 1.1. Bất đẳng thức tam giác: Với ba điểm A, B, C bất kì ta có AB + BC ≥ AC Dấu “=”xảy ra ⇔ B thuộc đoạn thẳng AC. 1.2. Mở rộng: với n điểm bất kì A1 ; A2 ; A3 ;...; An ta có:

A1 A2 + A2 A3 + A3 A4 + ... + An −1 An ≥ A1 An 1.3. Nếu M là trung điếm của đoạn thẳng BC thì với điểm A bất kì ta có AB + AC ≥ 2 AM , dấu “=” xảy ra ⇔ A, B, C thẳng hàng và A nằm ngoài đoạn thẳng BC (A có thể trùng B hoặc C) Trang 18

2. BÀI TẬP ÁP DỤNG: Bài 1. Cho tứ giác ABCD, O là giao điểm cứa hai dường chéo AC và BD. M là điềm nằm trong tứ giác ABCD (M khác O). Chứng minh ràng MA + MB + MC + MD > AC + BD

HƯỚNG DẢN GIẢI

∗

Xét ∆MAC có: MA + MC > AC (1)

∗

Xét ∆MBD có MB + MD >BD (2) Từ (1) và (2), ta có: MA + MB + MC + MĐ > AC + BD

Bài 2. Cho tứ giác ABCD có AB + BD ≤ AC + DC . Chứng minh rằng AB < AC. HƯỚNG DẢN GIẢI

Gọi O là giao điểm của AC và BD. ∗

Xét ∆OAB có AB < OA + OB

∗

Xét ∆ODC có DC < OC + OD

Do đó AB + DC < OA + OC + OB + OD Trang 19

⇒ AB + DC < AC + BD

(1)

Mà AB + BD ≤ AC + DC

(2)

Từ (1) và (2) ta có: 2AB + DC + BD < 2AC + BD + DC

⇒ AB < AC

Bài 3. Cho tam giác ABC có BC = a, AC = b, AB = c đường cao AH = h. Chứng minh rằng:

h≤

1 2

( a + b + c )( −a + b + c ) HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi d là đường thẳng qua A và song song với BC. Gọi D là điểm đối xứng của điểm C qua dường thẳng d.

= 90° ; Dễ thấy AD = AC = b, DC = 2h; DCB ∆DCB có ACB = 90° theo định lí Pytago ta có BD 2 = DC 2 + BC 2 = 4h 2 + a 2

⇒ BD = 4h 2 + a 2 Ta có: BD ≤ AB + AD 2

⇒ 4 h 2 + a 2 ≤ b + c ⇒ 4h 2 + a 2 ≤ ( b + c ) ⇒ h 2 ≤

h≤

1 2

1 2 ( b + c ) − a 2   4

( a + b + c )( −a + b + c )

Bài 4. Cho tứ giác ABCD có AB = a, BC = b, CD = c, DA = d. Gọi M, N, P, Q lần lượt là trung điểm của các cạnh AB. BC, CD. DA. Chứng minh rằng:

Trang 20

a) MP ≤

d +b 2

b) MP + NQ ≤

a+b+c+d 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Gọi I là trung điểm của AC.

Ta có: MP ≤ MI + IP =

AD + BC d + b = 2 2

Cách 1: Áp dụng câu a) ta có NQ ≤

Do đó MP + NQ ≤

⇒ MP + NQ ≤

a+c 2

d +b a+c + 2 2

a+b+c+d 2

Cách 2: Trên tia đối của tia PB lấy điểm E sao cho PE = PB

∆BCP = ∆EDP ( c.g .c ) ⇒ DE = BC = b Ta có: MP là đường trung bình ∆ABE nên MP =

AE 2

Xét ∆ADE có AE ≤ AD + DE ⇒ AE ≤ d + b . Suy ra: MP ≤ Chứng minh tương tự ta được: NQ ≤ Từ (1) và (2) suy ra: MP + NQ ≤

d+p (1) 2

a+c ( 2) 2

a+b+c+d 2

Nhận xét: Từ bài toán trên ta có được bài toán sau: Cho tứ giác ABCD có AB, BC, CD, DA có độ dài lần Trang 21

lượt là a, b, c. d. Gọi M, N, P, Q lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, BC, CD, DA. Chứng minh ràng:

điều kiện cần và đủ để tứ giác ABCD là hình bình hành là MP + NQ ≤

a+b+c+d 2

Bài 5. Cho tứ giác ABCD, gọi M, N, P, Q lần lượt là trung điểm của AB, BC, CD, DA. Chứng minh rằng

S ABCD ≤ MP.NQ ≤

1 ( AB + CD )( BC + DA) 4 HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi I là trung điểm của BD. Ta có QN ≤

AB + CD (1) 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ QN đi qua trung điểm của BD. Tương tự MP ≤

BC + DA ( 2) 2

MQ là đường trung bình của ∆ABD

⇒ S AMQ =

1 1 S ABD .Tương tự, ta có SCNP = SCBD 4 4

Suy ra S AMQ + SCNP = Do đó: S MNPQ =

1 1 S ABCD . Tương tự, ta có: S BMN + S DQP = S ABCD 4 4

1 S ABCD 2

Ta chứng minh được: S MNPQ ≤

1 MP.NQ 2

Kết hợp (1) và (2) suy ra: S ABCD ≤ MP.NQ ≤

1 ( AB + CD )( BC + DA) 4

Dấu “=” xảy ra ⇔ ABCD là hình chữ nhật.

Bài 6: Cho hình chữ nhật có chu vi không nhỏ hơn 2 2 . Lấy M, N, P, Q theo thứ tự thuộc đoạn thẳng Trang 22

AB, BC, CD, DA. Chứng minh rằng chu vi tứ giác MNPQ không nhỏ hơn 2.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1: Áp dụng bất đẳng thức 2 ( a 2 + b 2 ) ≥ ( a + b )

2

Ta có: 2.MN 2 = 2 ( BM 2 + BN 2 ) ≥ ( BM + BN )

2

⇒ 2.MN ≥ BM + BN (1)

Tương tự ta có:

2.NP ≥ CN + CP ( 2 ) 2.PQ ≥ PD + DQ ( 3)

2.QM ≥ AQ + AM ( 4 ) Từ (1), (2), (3) và (4) cộng vế theo vế ta được:

2 ( MN + NP + PQ + QM ) ≥ AB + BD + CD + DA ≥ 2 2 Vậy chu vi tứ giác MNPQ không nhỏ hơn 2.

Cách 2: Gọi I, K, H lần lượt là trung điểm MQ, MP, PN. Áp dụng tính chất đường trung tuyến trong tam giác vuông và đường trung bình trong tam giác ta được:

MN + NP + PQ + QM = 2 ( AI + IK + KH + HC ) ≥ 2 AC

2

2

Mà 2 AC = 2 AB + BC ≥ 2

( AB + BC ) 2

2

≥2

Trang 23

Vậy chu vi tứ giác MNPQ không nhỏ hơn 2.

Bài 7: Cho hình chữ nhật ABCD. Tìm tứ giác có bốn đỉnh thuộc bốn cạnh của hình chữ nhật sao cho chu vi tứ giác có giá trị nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI.

Gọi EFGH là tứ giác nội tiếp hình chữ nhật. M và N thứ tự là trung điểm của EH và FG. Ta có: EH = 2AM, FG = 2NC nên chu vi EFGH là:

2 AM + ( EF + GH ) + 2 NC Ta lại có: EF + HG ≥ 2 MN Dấu “=´xảy ra ⇔ EF / / MN / / HC Do đó chu vi EFGH ≥ 2 ( AM + MN + NC ) ≥ 2 AC Chu vi tứ gác EFGH nhỏ nhất bằng 2AC ⇔ A, M, N, C thẳng hàng và EF // MN // HG. Khi đó EFGH là hình bình hành có cạnh tương ứng song song với các đường chéo của hình chữ nhật (có vô số hình chữ nhật như vậy)

Bài 8: Cho hình vuông ABCD, M, N, P, Q là các đỉnh của tứ giác MNPQ lần lượt thuộc các cạnh AB, BC, CD, DA (MNPQ gọi là tứ giác nội tiếp hình vuông). Tìm điều kiện để tứ giác MNPQ có chu vi nhỏ nhất

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 24

Cách 1 : Gọi E, F, G lần lượt là trung điểm của các đoạn thẳng MQ, MP, NP

∆AMQ vuông tại A có AE là đường trung tuyến nên AE =

1 MQ ⇒ MQ = 2. AE 2

Tương tự NP = 2CG Mặt khác EF, FG lần lượt là đường trung bình của các tam giác MPQ và NPM nên

EF =

1 1 PQ và FG = MN . 2 2

Suy ra PQ = 2EF và MN = 2FG Do đó: PMNPQ = MN + NP + PQ + MQ

= 2 ( FG + GC + EF + AE ) ≥ 2 AC : không đổi Dấu “=” xảy ra A, E, F, G, C thẳng hàng ⇔ MN // AC // PQ và MQ // BD // NP Khi đó MNPQ là hình chữ nhật

Cách 2: Đặt MQ = a, MN = b, NP = c, PQ = d, AQ = m, AM = n. 2

2

Ta có: a = m + n

2

(m + n) ≥ 2

2

⇒a≥

m+n 2

a 2 ≥ AQ + AM Tương tự ta có b 2 ≥ BM + BN ; c 2 ≥ CN + CP; d 2 ≥ DQ + DP Suy ra ( a + b + c + d ) 2 ≥ AB + BC + CD + DA = 4 AB

Trang 25

⇒ a + b + c + d ≥ 2 2. AB = 2 AC :không đổi Vậy chu vi tứ giác MNPQ nhỏ nhất bằng 2AC ⇔ M, N, P, Q lần lượt là trung điểm các cạnh của hình vuông ABCD. Khi đó MNPQ là hình chữ nhật.

Nhận xét: Từ lời giải bài toán ta có: a) Các hình chữ nhật nội tiếp được trong hình vuông đều có chu vi bằng nhau b) Các tứ giác nội tiếp được trong hình vuông thì hình chữ nhật có chu vi nhỏ nhất.

Bài

9:

Cho

tam

giác

ABC,

M

là

trung

đ iể m

trong

tam

giác.

Chứng

minh

rằng: BC.MA + CA.MB + AB.MC ≥ 2 ( BC.x + CA. y + AB.z ) (x, y, z theo thứ tự là khoảng cách từ M đến các cạnh BC, AC, AB).

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ AH ⊥ BC tại H, MK ⊥ BC tại K Ta có: AM + MK ≥ AK ≥ AH

⇒ MA ≥ AH − MK =

2 ( S ABC − S MBC ) BC

⇒ MA.MB ≥ 2 ( S MCA + S MAB ) = AC. y + AB.z ⇒ MA.BC ≥ AC. y + AB.z Tương tự ta có: MB. AC ≥ AB.z + BC.x; MC. AB ≥ BC.x + AC. y Do đó BC.MA + CA.MB + AB.MC ≥ 2 ( BC.x + CA. y + AB.z )

DẠNG 3: VẬN DỤNG CÁC BẤT ĐẲNG THỨC ĐẠI SỐ 1. KIẾN THỨC CƠ BẢN. 1.1. x 2 ≥ 0, − x 2 ≤ 0 1.2. Một số bất đẳng thức thường gặp: 2

x 2 + y 2 ≥ 2 xy; ( x + y ) ≥ 4 xy; 2 ( x 2 + y 2 ) ≥ ( x + y )

2

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y

Trang 26

3 ( x2 + y2 + z 2 ) ≥ ( x + y + z )

2

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y = z 1 1 4 x y + ≥ ; + ≥2 x y x+ y y z

Với x,y dương ta có

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y 2

1.3. Bất đẳng thức Cô si với hai số x và y không âm: ( x + y ) ≥ 4 xy hay x + y ≥ 2 xy Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y

Tổng quát: Cho n số không âm: x1 ; x2 ;....; xn ta có:

x1 + x2 + ...... + xn n ≥ x1 x2 .....xn n

Dấu “=” xảy ra ⇔ x1 = x2 = ...... = xn

Chú ý rằng: với bất đẳng thức (3). ta cỏn suy ra với hai số không âm x, y: -

Nếu x + y là hằng số thì x.y đạt giá trị lớn nhất ⇔ x = y

-

Nếu xy là hằng số thì x + y đạt giá trị nhỏ nhất ⇔ x = y

Để sử dụng bất đắng thức đại số. ta thường đặt một độ dài thay đối bằng x, biếu thị đại lượng cần tìm cực trị bằng một biểu thức của x, rồi tìm điều kiện để biểu thức có cực trị.

2. BÀI TẬP ÁP DỤNG 2

Bài 1: Chứng minh rằng 2 ( a 2 + b 2 ) ≥ ( a + b ) ≥ 4ab HƯỚNG DẪN GIẢI 2

Ta có: ( a − b ) ≥ 0 ⇒ a 2 − 2ab + b 2 ≥ 0 ⇒ a 2 + b 2 ≥ 2ab 2

⇒ a 2 + b 2 + a 2 + b 2 ≥ 2ab + a 2 + b 2 ≥ 2ab + 2ab ⇒ 2 ( a 2 + b 2 ) ≥ ( a + b ) ≥ 4ab Bài 2: Chứng minh rằng 3 ( a 2 + b 2 + c 2 ) ≥ ( a + b + c )

2

HƯỚNG DẪN GIẢI 2

2

2

2

Ta có: ( a + b + c ) + ( a − b ) + ( b − c ) + ( c − a ) ≥ ( a + b + c )

2

⇒ a 2 + b 2 + c 2 + 2ab + 2ac + 2bc + a 2 − 2ab + b 2 + b 2 − 2bc + c 2 + c 2 − 2ac + a 2 ≥ ( a + b + c )

⇒ 3 ( a2 + b2 + c2 ) ≥ ( a + b + c )

2

2

Ta cũng chứng minh được: n ( a12 + a22 + ..... + an2 ) ≥ ( a1 + a2 + .... + an )

2

Bài 3: Chứng minh rằng nếu a, b, c > 0 thì: a)

1 1 + ≥4 a b

( a + b ) 

Trang 27

b)

1 1 1 + + ≥9 a b c

( a + b + c ) 

HƯỚNG DẪN GIẢI

1 1 a b a2 + b2 2ab +  = 1+ + +1 = 2 + ≥ 2+ ≥ 2+2 = 4 b a ab ab a b

a)

( a + b ) 

b)

( a + b + c ) 

a a b b c c 1 1 1 + +  = 1+ + + +1+ + + +1 b c a c a b a b c

a b  a c  b c  = 9 +  + − 2 +  + − 2 +  + − 2 b a  c a  c b 

(a − b) = 9+ ab

2

(a − c) + ac

2

(b − c ) +

2

bc

≥9

Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c Như vậy ta cũng có:

1 1 4 1 1 1 9 ; + + ≥ + ≥ (với a, b, c > 0 ) a b a+b a b c a+b+c

1 1 1 Ta cũng chứng minh được ( a1 + a2 + .... + an )  + + .... +  ≥ n 2 ; an   a1 a2 với a1 ; a2 ;...; an > 0

Bài 4: Bất đẳng thức Bu-nhi-a-cốp-xki với các số m, n, x, y 2

Cho bốn số thực a, b, c, x, y ta có: ( ax + by ) ≤ ( a 2 + b 2 )( x 2 + y 2 ) Dấu “=” xảy ra ⇔ ay = bx

HƯỚNG DẪN GIẢI

( ax + by )

2

≤ ( a 2 + b 2 )( x 2 + y 2 ) ⇔ a 2 x 2 + 2abxy + b 2 y 2 + ≤ a 2 x 2 + a 2 y 2 + b 2 x 2 + b 2 y 2 2

⇔ a 2 y 2 − 2abxy + b 2 x 2 ≥ 0 ⇔ ( ay − bx ) ≥ 0 (bất đẳng thức đúng Dấu “=” xảy ra ⇔ ay = bx

Tổng quát: Cho hai bộ số ( a1 ; a2 ;.......; an ) và ( b1 ; b2 ;......; bn ) 2

Ta có: ( a1b1 + a2b2 + ..... + an bn ) ≤ ( a12 + a22 + ...... + an2 )( b12 + b22 + ...... + bn2 ) Dấu “=” xảy ra ⇔

a a1 a2 = = ....... = n với qui ước nếu mẫu bằng 0 thì tử phải bằng 0. b1 b2 bn

Bài 5: Chứng minh rằng nếu a, b, c > 0 thì :

3 a b c + + ≥ b+c c+a a+b 2

HƯỚNG DẪN GIẢI a b c  a   b   c  + + = + 1 +  + 1 +  + 1 − 3 b+c c+a a+b b+c  c+a   a+b  Trang 28

1 1   1 = (a + b + c) + + −3 b+c c+a a+b

=

1 1 1   1 + + ( b + c ) + ( c + a ) + ( a + b )   −3 2 b+c c+a a+b

1 3 ≥ .9 − 3 = (vận dụng bài toán 3) 2 2 Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c

Bài 6: Cho tam giác ABC nhọn, AA’ là đường cao. H là trực tâm. Chứng minh AA′A. A′H ≤

BC 2 4

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1: ∗

Xét ∆A′BH và ∆A′AC có:

′H = BA AA′C ( = 90° ) ; A′BH = A′AC (cùng phụ với góc C) Do đó: ∆A′BH ∽ ∆A′AC ( g .g )

⇒

A′H A′B = ⇒ A′A. A′H = A′B. A′C A′C A′A

Áp dụng BĐT Côsi ta có:

( A′B + A′C ) A′B. A′C ≤

2

4

Do đó: AA′A. A′H ≤

=

BC 2 4

BC 2 4

Cách 2: Giải tương tự cách 1 ta có: A′A. A′H = A′B. A′C Do đó: A′A. A′H = A′B. ( BC − A′B ) = A′B.BC − A′B 2 =

 BC 2  BC 2 − − A′B.BC + A′B 2  4  4 

Trang 29

2

BC 2  BC BC 2  = − − A′B  ≤ 4 4  2  Cách 3: Giải tương tự cách 1 ta có: A′A. A′H = A′B. A′C .Đặt A′B =

BC +x 2

 BC  BC Do đó A′C = BC −  + x = −x 2  2  2 BC 2  BC   BC  BC + x − x = − x2 ≤ Do đó A′A. A′H = A′B. A′C =  4 4  2  2 

Bài 7: Cho tam giác đều ABC cạnh a. M là điểm bất kì ở trong tam giác ABC. Chứng minh rằng: MA + MB + MC >

a 3 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ MH ⊥ AB tại H, MK ⊥ BC tại K, MI ⊥ AC tại I

⇒ MA > NH ; MB > MK ; MC > MI Do đó MA + MB + MC > MH + MK + MI (1) Mặt khác: MH + MK + MI

=

2 S MAB 2 S MBC 2 S MAC 2S MAB 2S MBC 2 S MAC + + = + + AB BC AC a b c

=

2 2 2 a2 3 a 3 = (2) ( S MAB + S MBC + S MAC ) = S ABC = . a a a 4 2

Từ (1 và (2) suy ra: MA + MB + MC >

a 3 2

Bài 8. Cho tam giác đều ABC. M là điểm nằm trong tam giác. Gọi khoảng cách từ M đến các cạnh BC. 1 CA, AB lần lượt là x, y, z và h là đường cao của tam giác đều. Chứng minh rằng x 2 + y 2 + z 2 ≥ h 2 3 Trang 30

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi a là cạnh của tam giác đều ABC.

S ABC = S MBC + S MAC + S MAB ⇒

ah ax ay az = + + ⇒h= x+ y+z 2 2 2 2

Chứng minh bài toán phụ: 3 ( a 2 + b 2 + c 2 ) ≥ ( a + b + c )

2

Ta có: 2

2

2

( a + b + c ) + ( a − b) + (b − c ) + (c − a )

2

≥ (a + b + c)

2

⇒ a 2 + b 2 + c 2 + 2ab + 2ac + 2bc + a 2 − 2ab + b 2 + b 2 − 2bc + c 2 + c 2 − 2ac + a 2 ≥ ( a + b + c ) ⇒ 3 ( a2 + b2 + c2 ) ≥ ( a + b + c ) Ta có: x 2 + y 2 + z 2 ≥

2

2

1 1 2 ( x + y + z ) hay x 2 + y 2 + z 2 ≥ h 3 3

Bài 9. Cho tam giác đều ABC có cạnh bằng a. Từ điểm M nằm trong tam giác vẽ MD. ME, MF lần lượt vuông góc với BC, CA. AB. Xác định vị trí của điểm M để:

1 1 1 + + có giá MD + ME ME + MF MF + MD

trị nhỏ nhất. (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, Quận 1 Tp. Hồ Chí Minh, năm học 2000 2001)

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 31

1 1 1 Bài toán phụ: Chứng minh rằng nếu a, b, c > 0 thì: ( a + b + c )  + +  ≥ 9 a b c Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c

a a b b c c 1 1 1 Ta có: ( a + b + c )  + +  = 1 + + + + 1 + + + + 1 b c a c a b a b c

a b  a c  b c  = 9 +  + − 2 +  + − 2 +  + − 2 b a  c a  c b  = 9+

(a − b)

2

ab

+

(a − c) ac

2

+

(b − c ) bc

2

≥9

Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c Ta chứng minh được: MF + MD + ME = AH =

a 3 2

Áp dụng bài toán phụ ở trên, ta có: T=

=

1 1 1 9 + + ≥ MD + ME ME + MF MF + MD MD + ME + ME + MF + MF + MD

9 9 3 3 = = a 2 ( MF + MD + ME ) a 3

Vậy 1 ≥

9 a 3

=

3 3 :không đổi a

Dấu “=” xảy ra ⇔ MD + ME = ME + MF = MF + MD ⇔ MD = ME = MF

⇔ M là tâm đường tròn nột tiếp ∆ABC ⇔ M là tâm ∆ABC Vậy khi M là tâm tam giác đều ABC thì tổng

1 1 1 + + có giá trị nhỏ nhất. MD + ME ME + MF MF + MD

Bài 10. Gọi H là trực tâm của tam giác ABC nhọn, ba đường cao của tam giác ABC là AA1 ; BB1 ; CC1 Chứng minh rằng: a)

AA1 BB1 CC1 + + ≥9 HA1 HB1 HC1 Trang 32

b)

HA1 HB1 HC1 3 + + ≥ HA HB HC 2

Dấu “=” xảy ra khi nào?

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Gọi diện tích các tam giác ABC, HBC, HAB, HAC lần lượt là S, S1, S2, S3 thì S = S1 + S2 + S3 Dễ thấy Do đó:

HA1 S1 HB1 S 2 HC1 S3 = ; = ; = AA1 S BB1 S CC1 S HA1 HB1 HC1 + + =1 AA1 BB1 CC1

Vận dụng bài toán: Nếu a, b, c > 0 thì: 1 1 1 + + ≥9 a b c

( a + b + c ) 

Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c . Ta có:

 AA1 BB1 CC1   HA1 HB1 HC1  + + + +   ≥9  HA1 HB1 HC1   AA1 BB1 CC1  ⇒

AA1 BB1 CC1 + + ≥9 HA1 HB1 HC1

Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 =

S 3

Khi đó H vừa là trọng tâm ∆ABC nên là tam giác đều. b) Từ Tương tự:

HA1 S1 HA1 S1 HA1 S1 = ⇒ = .Hay = AA1 S AA1 − HA1 S − S1 HA S 2 + S3 HB1 S2 HC1 S3 = ; = HB S1 + S3 HC S1 + S 2

Áp dụng bất đẳng thức: Với a, b, c > 0 thì

3 a b c + + ≥ b+c c+a a+b 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c Trang 33

Ta có:

HA1 HB1 HC1 S1 S2 S3 3 + + = + + ≥ HA HB HC S 2 + S3 S1 + S3 S1 + S 2 2

Bài 11: Cho nửa đường tròn (O; R) đường kính AB, M là điểm chuyển động trên nửa đường tròn. Xác định vị trí của điểm M để MA + 3.MB đạt giá trị nhỏ nhất. HƯỚNG DẪN GIẢI

Ta có: MA2 + MB 2 = AB 2 = 4 R 2 Áp dụng BĐT ax + by ≤

(a

2

+ b 2 )( x 2 + y 2 )

Ta có MA + 3.MB = MA + 3.MB ≤

(1 + ( 3 ) ) ( MA + MB ) = 2

2

2

2

4.4 R 2 = 4 R

MA + 3.MB ≤ 4 R không đổi

= 60o Dấu “=” xảy ra ⇔ 3.MA = MB ⇔ ∆MAB là nửa tam giác đều sđ MA Bài 12: Cho tam giác ABC vuông tại A. Chứng minh rằng: 3 AB + 4 AC ≤ 5 BC HƯỚNG DẪN GIẢI Theo định lí Pytago, ta có AB 2 + AC 2 = BC 2 Áp dụng BĐT (B.C.S) ta có : 3 AB + 4 AC = 3 AB + 4 AC ≤ 32 + 42 . AB 2 + AC 2 = 5.BC

Bài 13: Cho góc vuông xOy, B là điểm trên tia Ax, C là điểm trên tia Ay (B, C không trùng với A). Chứng minh rằng : AB + 3. AC ≤ 2 BC

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 34

Cách 1: Áp dụng BĐT (B.C.S) ta có:

AB + 3. AC = AB + 3. AC ≤ 1 +

2

( 3) .

AB 2 + AC 2 = 2 AB 2 + AC 2

Tam giác ABC vuông tại A, theo định lí Pytago, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 Do đó AB + 3. AC ≤ 2 BC

Cách 2:

= 30° Trong góc xOy vẽ tia Az sao cho xAz Do đó yAz = 60° Vẽ BH ⊥ Az , CK ⊥ Az ( H , K ∈ Az ) ,Az cắt BC tại I

= 30° Xét ∆ABH vuông tại H, BAH

∗

⇒ BH =

1 AB mà BH ≤ BI (vì BH ⊥ IH ) 2

1 AB ≤ BI ⇒ AB ≤ 2 BI (1) 2

Do đó

= 60° ⇒ CK = AC 3 mà CK ≤ IC (vì CK ⊥ IK ) Xét ∆ACK vuông tại K, CAK 2 Do đó:

3 AC ≤ IC ⇒ 3 AC ≤ 2 IC ( 2 ) 2

Từ (1) và (2) ta có: AB + 3 AC ≤ 2 ( BI + IC ) = 2 BC Vậy AB + 3. AC ≤ 2 BC

Cách 3: Tam giác ABC vuông tại A, theo định lí Pytago, ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 .Do đó: 2

 AB 3 AC   3 AB AC  2 BC = 2 AB + AC = 2  + −  +  2   2 2   2 2

2

2

Trang 35

2

 AB  AB 3 AC  3 AC  ≥ 2  + +  = 2   = AB + 3 AC 2  2   2  2 Vậy AB + 3. AC ≤ 2 BC

Bài 14: Cho tứ giác ABCD, E và F theo thứ tự là trung điểm của AD và CD. Biết BE + BF = a, chứng minh rằng S ABCD <

a2 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Dễ thấy S ABCD = 2 S BEDF . Cần chứng minh S BEDF <

a2 4

Dùng S BEF làm trung gian: Vẽ BB′, DD′ vuông góc với EF Dễ thấy BB′ > DD′ nên S BEDF < 2 S BEF (1) Mặt khác, đặt BE = x, BF = y thì 2 S BEF ≤ xy Mà xy ≤

( x + y) 4

2

=

a2 a2 nên S BEF ≤ ( 2 ) 4 4

Từ (1) và (2) suy ra: S BEDF < Do đó: S ABCD <

a2 4

a2 2

Bài 15: Cho tứ giác ABCD, gọi M và N lần lượt là trung điểm của BC và CD đồng thời AM + AN = a. Chứng minh rằng S ABCD <

a2 2 HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 36

Gọi P, Q lần lượt là trung điểm của AD và AB, giao điểm của AM và PQ là E, kẻ EK // MQ Ta có: S EMN ≤ <

1 1  EM + EN  EM .EN ≤   2 2 2 

2

a2 1 2 ( AM + AN ) = 8 8

S MNPQ = S KNPE + S KMQE = 2.S EMN < Ta lại có S MNPQ =

a2 4

a2 1 S ABCD nên S ABCD < 2 2

Bài 16: Tứ giác ABCD có diện tích S, có tổng các bình phương các cạnh và hai đường chéo bằng P. Chứng minh rằng: a) S ≤

1 AC.BD 2

b) S ≤

P 8 HƯỚNG DẪN GIẢI

a) S = S ABC + SCDA ≤ S≤

1 1 AC.BO + AC.DO 2 2

1 AC.BD (1) 2 Trang 37

Dấu “=” xảy ra ⇔ AC ⊥ BD Gọi các cạnh của tứ giác ABCD là a, b, c, d và hai đường chéo là m, n. Ta có: S = S ABC + SCDA ≤

1 1 1 a.b + dc = ( ab + cd )( 2 ) 2 2 2

Theo giả thuyết, ta có P = a 2 + b 2 + c 2 + d 2 + m 2 + n 2 ≥ 2ab + 2cd + 2mn Do (1) nên 2mn ≥ 4 S .Suy ra S ≤

P 8

Dấu “=” xảy ra ⇔ AC ⊥ BD và tứ giác có hai góc đối bằng 90°

Bài 17: Cho tam giác ABC. các phân giác trong AD, BE, CF của tam giác ABC cắt nhau tại I. Xác định hình dạng của tam giác ABC để

AI BI CI . . đạt giá trị lớn nhất. AD BE CF

HƯỚNG DẪN GIẢI.

Ta có:

AI AB AI AB AI AB = ⇒ = ⇒ = DI BD AI + DI AB + BD AD AB + BD

Chứng minh tương tự, ta có: Do đó

AI AC = AD AC + CD

AI AB AC AB + AC AB + AC = = = = AD AB + BD AC + CD AB + BD + AC + DC AB + AC + BC

Tương tự

BI AB + BC = BE AB + AC + BC

CI AC + BC = CF AB + AC + BC Vậy

AI BI CI ( AB + AC )( AB + BC )( AC + BC ) . . = AD BE CF ( AB + AC + BC )

 AB + AC + AB + BC + AC + BC  Mà ( AB + AC )( AB + BC )( AC + BC ) ≤   3  

3

Trang 38

= Vậy:

8 3 ( AB + AC + BC ) 27

8 AI BI CI :không đổi . . ≤ AD BE CF 27

Dấu “=” xảy ra ⇔ AB = AC = BC ⇔ ∆ABC đều

Bài 18: Cho tam giác ABC, gọi AD, BE, CF là các đường phân giác của nó. Chứng minh rằng:

S DEF ≤

1 S 4 HƯỚNG DẪN GIẢI

Ta có:

AE AB AE AB AE AB bc = ⇒ = ⇒ = ⇒ AE = EC BC EC + AE BC + AB AC BC + AB a+c

Tương tự AF = Suy ra

bc a+b

S AEF AE. AF bc = = S bc ( a + c )( a + b )

Tương tự:

S BDF ac = S ( b + c )( a + b )

SCDE ab = S ( a + c )( c + b ) Bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với

3 S AEF S BDF SCDE 3 bc ac ab + + ≥ ⇔ + + ≥ S S S 4 ( a + b )( a + c ) ( b + c )( a + b ) ( a + c )( c + b ) 4 ⇔ a 2b + a 2c + b 2 c + b 2 a + c 2 a + c 2b ≥ 6abc

a b b c a c  ⇔  + + + + +  ≥ 6 b a c b c a Ta có:

a b + ≥ 2 . Áp dụng cho ba cặp số, suy ra điều phải chứng minh. b a

Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c ⇔ ∆ABC đều Trang 39

Bài 19: Cho tam giác ABC nhọn và O là một điểm nằm trong tam giác. Các tia AO, BO, CO lần lượt cắt BC, AC, AB tại M, N, P. Chứng minh rằng

AM BN CP + + ≥9 OM ON OP

(Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, tỉnh Quảng Ngãi năm học 2009 2010

HƯỚNG DẪN GIẢI

Kẻ AH ⊥ BC tại H, OK ⊥ BC tại K AH / / OK ⇒

OM OK = (1) AM AH

1 OK .BC S BOC 2 OK = = ( 2) S ABC 1 AH .BC AH 2 Từ (1) và (2) suy ra: Tương tự Do đó

S BOC OM = S ABC AM

S AOC ON S AOB OP = ; = S ABC BN S ABC CP

OM ON OP S BOC S AOC S AOB + + = + + = 1( 3) AM BN CP S ABC S ABC S ABC

 1 1 1 Với a, b, c > 0 thì: ( a + b + c )  + +  ≥ 9 a b c Dấu “=” xảy ra ⇔ a = b = c

 OM ON OP  AM BN CP  Do đó:  + + + +   ≥ 9 ( 4)  AM BN CP  OM ON OP  từ (3) và (4) suy ra:

AM BN CP + + ≥9 OM ON OP

Bài 20. Cho tam giác ABC và điểm M nằm trong tam giác. Kẻ các đường thẳng AM, BM, CM cắt các cạnh BC, CA, AB lần lượt tại D, E, F. xác định vị trí của điểm M để:

Trang 40

a)

AD BE CF đạt giá trị nhỏ nhất. Tính giá trị đó. + + MD ME MF

b)

MA MB MC đạt giá trị nhỏ nhất. Tính giá trị đó . . MD ME MF

(Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9 vòng 2, huyện Phù Cát tỉnh Bình Định năm học 2016 2017)

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Gọi diện tích của các tam giác ABC, BMC, CMA, AMB theo thứ tự là S, S1, S2, S3. Chứng minh được Suy ra:

AD S BE S CF S = ; = ; = MD S1 ME S 2 MF S3

AD BE CF S S S + + = + + MD ME MF S1 S 2 S3

1 1 1 = ( S1 + S 2 + S3 )  + +   S1 S 2 S3  1 1 1 Ta có: ( S1 + S2 + S3 )  + +  ≥ 9  S1 S 2 S3  Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC Vậy GTNN của b) Ta có:

=

AD BE CF + + là 9 khi M là trọng tâm của ∆ABC MD ME MF

MA MB MC S − S1 S − S 2 S − S3 . . = . . MD ME MF S1 S2 S3

S 2 + S3 S1 + S3 S1 + S 2 2 S 2 S3 2 S1S3 2 S1S 2 8.S1S 2 S3 . . ≥ . . = =8 S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1S 2 S3

Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC Vậy GTNN của

MA MB MC là 8 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC . . MD ME MF

Bài 21. Cho tam giác ABC, M ở trong tam giác các đường thẳng AM, BM, CM lần lượt cắt các cạnh BC, AC, AB tại A′, B′, C ′ . Xác định vị trí của điểm M để: Trang 41

a) Tổng

AM BM CM đạt giá trị nhỏ nhất + + A′M B′M C ′M

b) Tích

AM BM CM đạt giá trị nhỏ nhất . . A′M B′M C ′M

c) Tổng

A′M B′M C ′M đạt giá trị nhỏ nhất + + AM BM CM

d) Tích

A′M B′M C ′M đạt giá trị lớn nhất . . AM BM CM

e) Tổng

AM BM CM + + đạt giá trị nhỏ nhất. A′M B′M C ′M HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi S, S1, S2, S3 lần lượt là diện tích các tam giác ABC, MBC, MAB, MAC Vẽ AH ⊥ BC , MK ⊥ BC (H,K thuộc BC) ⇒ AH / / MK ⇒

⇒

AA′ − A′M S − S1 S 2 + S3 = = (vì S = S1 + S2 + S3 ) A′M S1 S1

⇒

AM S2 + S3 S 2 S3 = = + A′M S1 S1 S1

Tương tự:

AA′ AH S = = A′M MK S1

BM S1 + S3 S1 S3 = = + B′M S2 S2 S2

CM S1 + S 2 S1 S 2 = = + C ′M S3 S3 S3 a) Ta có Do đó

AM BM CM  S 2 S3   S1 S3   S1 S 2  + + = + + + + +  ≥ 2+2+2 = 6 A′M B′M C ′M  S1 S1   S 2 S 2   S3 S3  AM BM CM + + ≥6 A′M B′M C ′M

Dấu “=” xảy ra ⇔

S 2 S3 S 2 S3 S1 S3 = . = . = ⇔ S1 = S 2 = S3 S1 S1 S3 S 2 S3 S1 Trang 42

⇔ M là trọng tâm tam giác ∆ABC b) Ta có Do đó

AM BM CM S 2 + S3 S1 + S 2 S1 + S 2 2 S 2 S3 2 S3 S1 2 S1S 2 . . = . . ≥ . . =8 A′M B′M C ′M S1 S3 S3 S1 S2 S3

AM BM CM . . ≥8 A′M B′M C ′M

Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là tọng tâm của ∆ABC c) Ta có:

S1 S2 S3 3 A′M B′M C ′M + + = + + ≥ AM BM CM S 2 + S3 S1 + S3 S1 + S 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC d) Theo câu b ta có:

AM BM CM A′M B′M C ′M 1 ≥8⇔ ≤ . . . . A′M B′M C ′M AM BM CM 8

Dấu “=”xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC e)

AM BM CM + + = A′M B′M C ′M

≥

=

S 2 + S3 S +S S +S + 1 3 + 1 2 S1 S2 S3

(

S 2 + S3 2 S1

)

2

+

(

S1 + S3 2S2

)

2

+

(

S1 + S 2

)

2

2 S3

S + S3 S + S2  1 1  S2 + S3 .6 = 3 2 + 1 + 1  ≥  2  S1 S2 S3 2 

Dấu “=”xảy ra ⇔ S1 = S 2 = S3 ⇔ M là trọng tâm của ∆ABC

Bài 22. Cho tam giác ABC và điểm M nằm bên trong tam giác. Gọi D là điểm trên cạnh AB sao cho MD song song với BC, E là điểm trên cạnh BC sao cho ME song song với AC, F là điểm trên cạnh AC sao cho MF song song với AB. Kí hiệu S ABC , S DEF lần lượt là diện tích của tam giác ABC, DEF. Chứng minh rằng S ABC ≥ 3S DEF . (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9. tinh Thái Bình năm học 2017- 2018)

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 43

MF cắt BC tại N, MD cắt AC tại K, ME cắt AB tại I. Các tứ giác ADMF, BDME, CFME là các hình thang cân. Do đó:

MDE

= S MBD =

Tương tự: S MEF =

1 S MDBN 2

1 1 S MKCE ; S MDF = S MEAI 2 2

Do đó: 2 S DEF = S ABC − ( S IDM + S FMK + S MNE )(1)

Các tam giác IDM, FMK, MNE, ABC đều MF = AI, MN = DB. Do đó

S IDM + S FMK + S MNE S IDM S FMK S MNE = + + S ABC S ABC S ABC S ABC 2

=

ID 2 AI 2 DB 2 1  ID AI DB  1 1 + + ≥  + +  = ⇒ S IDM + S FMK + S MNE ≥ S ABC ( 2 ) 2 2 2 AB AB AB 3  AB AB AB  3 3

1 2 Từ (1 và (2) ta có 2 S DEF ≤ S ABC − S ABC ; 2 S DEF ≤ S ABC 3 3 Vậy S ABC ≥ 3S DEF

Bài 23. Cho tam giác ABC. trên các cạnh BC, CA, AB lần lượt lấy các điểm D, M, N (không trùng với các đỉnh của tam giác). Chứng minh rằng trong các tam giác AMN, BDN, CDM có ít nhất một tam giác mà diện tích không vượt quá tích bằng

1 diện tích tam giác ABC. Khi nào cả ba tam giác đó cùng có diện 4

1 diện tích tam giác ABC? 4 (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, tỉnh Sơn La, năm học 2017 ~ 2018)

Trang 44

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1: Vẽ MH ⊥ AB tại H , CK ⊥ AB tại K ⇒ MH / / CK

∆ACK có MH / / CK ⇒

MH AM = CK AC

1 MH . AN S AMN 2 AM . AN = = 1 S ABC AB. AC CK . AB 2 Tương tự:

S BDN BD.BN SCDM CD.CM = ; = S ABC AB.BC S ABC AC.BC 2

AB 2  AN + BN  Mà AN .BN ≤  =  2 4   2

CM . AN ≤ Do đó

AC 2 BC 2  BD + CD  ; BD.CD ≤  =  4 2 4  

S AMN S BDN SCDM 1 . . ≤ S ABC S ABC S ABC 64

Không mất tính tổng quát, giả sử S AMN ≤ S BDN , S AMN ≤ SCDM 3

Ta có: ( S AMN ) ≤ S AMN .S BDN .SCDM ≤

1 3 1 S ABC ⇒ S AMN ≤ S ABC 64 4

Vậy ta có điều cần chứng minh.

Cách 2:

Trang 45

Chứng minh bằng phản chứng Gọi S là diện tích tam giác ABC và kí hiệu như hình vẽ Giả sử thì

S1 1 S 2 1 S3 1 > ; > ; > S 4 S 4 S 4

S1S 2 S3 1 > (1) S3 64

1 Áp dụng công thức S ABC = bc.sin α , ta có 2

S1 z ( b − y ) S 2 x ( c − z ) S3 y ( a − x ) = ; = ; = S bc S ac S ab S1S 2 S3 x ( a − x ) y ( b − y ) z ( c − z ) = . . S3 a2 b2 c2 Ta có

x (a − x) 1 2 ≤ ⇔ a 2 ≥ 4 x ( a − x ) ⇔ ( a − 2 x ) ≥ 0 (bất đẳng thức đúng) 2 a 4

Tương tự, ta có Suy ra

y (b − y ) 1 z ( c − z ) 1 ≤ ; ≤ b2 4 c2 4

S1S 2 S3 1 ≤ mâu thuẫn với (1) S3 64

Suy ra điều phải chứng minh: S1 = S 2 = S3 =

1 S ⇔ a = 2 x, b = 2 y , c = 2 z 4

⇔ M, N, D là trung điểm các cạnh của tam giác ABC.

Bài 24: Gọi M là điểm bất kì trong tam giác ABC. Qua M kẻ các đường thẳng DE, IJ, FG lần lượt song song với BC, CA, AB (G, J thuộc BC; E, F thuộc CA; D, I thuộc AB). Chứng minh rằng

S AIMF + S BGMD + SCEMJ ≤

2 S ABC 3 (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9 Quận Cầu giấy, Tp Hà Nội năm học 2009 -2010

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 46

Dễ thấy các tam giác ABC, IDM, MGJ, FEM đồng dạng với nhau. Gọi S, S1, S2, S3 lần lượt là diện tích các tam giác trên Ta có:

=

S1 + S 2 + S3 S

=

S S1 S2 + + 3 S S S

DM GJ ME DM + GJ + ME + + = =1 BC BC BC BC

⇒ S1 + S 2 + S3 = S 3 ( S1 + S 2 + S3 ) ≥

(

S1 + S 2 + S3

Suy ra S AIMF + S BGMD + SCEMJ ≤

)

2

1 ⇒ S1 + S 2 + S3 ≥ S 3

2 S ABC 3

Bài 25. Cho tam giác ABC. Qua O nằm bên trong tam giác, vẽ các đường thẳng song song với các cạnh của tam giác, chia tam giác thành ba hình bình hành và ba tam giác nhỏ. a) Biết diện tích tam giác ABC bằng 81 cm2, hai trong ba tam giác nhỏ có diện tích bằng 4cm2 và 16cm2.

Tính diện tích tam giác còn lại. b)

Chứng minh rằng tổng diện tích của ba tam giác nhỏ lớn hơn hoặc bằng

1 diện tích tam giác 3

ABC. Điểm O ở vị trí nào thì xảy ra dấu bằng?

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 47

a) Đặt BC = a. đặt x, y, z là cạnh song song với BC hoặc nằm trên BC của các tam giác nhó; S1, S2, S3 là các diện tích của chúng, S là diện tích ∆ABC Các tam giác nhỏ đồng dạng với ∆ABC 2

2

2

2

S 4 2 x 2  x Nên   = 1 = =   ⇒ = S 81  9  a 9 a S 2 16  4  y 4  y = =  ⇒ =   = S 81  9  a 9 a Chú ý rằng: x + y + z = a nên

x y z + + =1 a b c 2

Suy ra

z 1 S z 1 = . Do đó: 3 =   = ⇒ S3 = 9 ( cm 2 ) a 3 S a 9

b) Ta có

S1 + S 2 + S3 x 2 + y 2 + z 2 = (1) S a2

Từ x + y + z = a suy ra x 2 + y 2 + z 2 + 2 ( xy + yz + xz ) = a 2 Nhưng x 2 + y 2 + z 2 ≥ xy + yz + xz nên 3 ( x 2 + y 2 + z 2 ) ≥ a 2 ( 2 )

1 Từ (1) và (2) ⇒ S1 + S 2 + S3 ≥ S 3 Dấu “=” xảy ra ⇔ OD = OE , OF = OG, OI = OK ⇔ O là trọng tâm ∆ABC

Bài 26. Qua điểm O nằm trong tam giác ABC ta vẽ những đường thẳng song song với ba cạnh. Các đường thẳng này chia tam giác ABC thành ba hình bình hành và ba tam giác nhỏ. Biết diện tích của các tam giác đó là a2, b2, c2. a) Tính diện tích S của tam giác ABC

(

b) Chứng minh S ≤ 3 a 2 + b 2 + c 2

) HƯỚNG DẪN GIẢI.

a) Ta dễ thấy các tam giác ODH, EON, FMO đồng dạng ∆ABC với nên Trang 48

Đặt S ABC = d 2 .Ta có: 2

a 2  DH  a DH = (1)  ⇒ = 2 d d BC  BC  2

2

2

2

b 2  ON   HC  b HC = ( 2)  =  ⇒ = 2 d d BC  BC   BC  c 2  MO   BD  c BD = ( 3)  =  ⇒ = 2 d d BC  BC   BC  Từ (1) , (2) và (3) suy ra

a + b + c DH + HC + BD 2 = = 1 .Vậy S = d 2 = ( a + b + c ) d BC

2

b) S = ( a + b + c ) = a 2 + b 2 + c 2 + 2ab + 2bc + 2ca ≤ a 2 + b2 + c 2 + ( a 2 + b2 ) + ( b 2 + c 2 ) + ( a 2 + c 2 ) = 3 ( a 2 + b 2 + c 2 ) Vậy S ≤ 3 ( a 2 + b 2 + c 2 )

Bài 27. Chứng minh rằng trong một tam giác vuông độ dài đường phân giác trong của góc vuông không vượt quá một nửa độ dài hình chiếu vuông góc của cạnh huyền lên đường thẳng vuông góc với đường phân giác ấy. (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, Tp. Hô Chí Minh năm học 1994-1995)

HƯỞNG DẪN GIẢI

Cách 1: Tam giác ABC vuông tại A. phân giác AD. Vẽ đường thẳng d ⊥ AD tại A; BB′ ⊥ AD tại B′ , CC ′ ⊥ AB tại C ′ , DH ⊥ AB tại H, DK ⊥ AC tại K Tứ giác AKDH là hình vuông nên DH = DK =

2 AD 2 Trang 49

Ta có: S ABC = S DAB + S DAC

⇔

1 1 1 AB. AC = DH . AB + DK . AC 2 2 2

Do đó

2 2. AB. AC AD ( AB + AC ) = AB. AC ⇒ AD = (1) 2 AB + AC 2 AB 2

∆ABB′ vuông cân tại B′ nên BB′ =

Tương tự CC ′ =

Do đó:

2 AC 2

BB′ + CC ′ 2 = ( AB + AC )( 2 ) 2 4 2

2. AB. AC 2  AB + AC  Ta có: AB. AC ≤  ≤ ( AB + AC )( 3)  ⇒ 2 AB + AC 4   Từ (1) và (2) và (3) suy ra AD ≤

BB′ + CC ′ MN = 2 2

Cách 2: Ta có: AM = AB.cos MAB =

nên MN = AM + AN =

Ta có:

2 2 AB; AN = AC 2 2

2 ( AB + AC ) ⇒ AB + AC = 2.MN 2

2 1 1 4 = + ≥ = AD AB AC AB + AC

MN 4 ⇒ AD ≤ 2 2.MN

Bài 28. Cho tam giác OBC. Hai đường thẳng m và m′ lần lượt qua B và C song song với nhau và không cắt các cạnh của tam giác OBC. Gọi A là giao điếm của hai đường thẳng OC và m, D là giao điểm của hai đường thẳng OB và m′ . a) Xác định vị trí của m và m′ để

1 1 + đạt giá trị lớn nhất. AB CD

b) Xác định vị trí cùa m và m′ để tích AB.CD đạt giá trị nhỏ nhất.

Trang 50

(Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định - Vòng 2, năm học 2017 - 2018)

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Vẽ OE / / m, E ∈ BC , OH ⊥ BC tại H Ta có: OE / / m, m / / m′ nên OE / / m′

∆ABC có OE / / AB nên

OE EC = (1) AB BC

∆BCD có OE / / CD nên

OE BE = ( 2) CD BC

Do đó:

OE OE EC + BE BC + = = =1 AB CD BC BC

Suy ra:

1 1 1 + = AB CD OE

Ta có: OE ≥ OH nên

Ta có:

1 1 ≤ :không đổi OE OH

1 1 1 + ≤ :không đổi AB CD OH

Dấu “=’ xảy ra ⇔ E ≡ H ⇔ m và m′ vuông góc với BC Vậy khi hai đường thẳng m và m′ lần lượt vuông góc với BC tại B, C thì

1 1 + đạt giá trị lớn nhất. AB CD Trang 51

b) Ta có

1 1 1 + = AB CD OE 2

Do đó

1 1 1 1 1 1  2 ≤  + .  (vận dụng xy ≤ ( x + y ) ) AB CD 4  AB CD  4 2

2

1 1  1 1  2 =   ≤   ⇒ AB.CD ≥ 4.OH :không đổi (vì OE ≥ OH ) 4  OE  4  OH  Dấu “=” xảy ra ⇔ E ≡ H ⇔ m và m′ vuông góc với BC

Cách khác: Từ (1) và (2) ta có:

OE 2 BE.EC 1 1 2 = mà BE.EC ≤ ( BE + EC ) = BC 2 2 AB.CD BC 4 4

Suy ra AB.CD ≥ 4.OE 2 ≥ 4.OH 2 không đổi (vì OE ≥ OH ) Dấu ‘=’ xảy ra ⇔ BE = EC , E ≡ H ⇔ m và m′ vuông góc với BC.

Bài 29. Cho hình bình hành ABCD, O là giao điểm của hai đường chéo AC và BD. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của BO và AO.Lấy điểm F trên cạnh AB sao cho tia FM cắt cạnh BC tại E và tia FN cắt cạnh AD tại K. a) Chứng minh rằng:

BA BC + =4 BF BE

b) Chứng minh rằng: BE + AK ≥ BC

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Qua A vẽ đường thẳng song song với EF. Gọi I là giao điểm của đường thẳng này với BD. Qua C vẽ đường thẳng song song với EF. Gọi L là giao điểm của đường thẳng này với BD. Trang 52

Ta có: AI // CL (vì cùng song song với EF) ⇒ A1 = C 1 Xét ∆OAI và ∆OCL có:

∗

: OA = OC ; O =O A1 = C 1 1 2

⇒ ∆OAI = ∆OCL ( g .c.g ) ⇒ OI = OL ∗

Xét ∆BAI có FM / / AI ⇒

BA BI = BF BM

∗

Xét ∆BCL có ME / / CL ⇒

BC BL = BE BM

Mà: BI + BL = BO − OI + BO + OL = 2.BO = 4.BM Do đó: b) Ta có

BA BC BM + = 4. = 4 (đpcm) BF BE BM

BA BC BA AD + = 4 (chứng minh câu a) .Tương tự: + =4 BF BE AF AK

Bài toán phụ: Với x > 0, y > 0 thì Ta có:

1 1 4 + ≥ x y x+ y

1 1 4 x+ y 4 2 + ≥ ⇔ ≥ ⇔ ( x + y ) ≥ 4 xy x y x+ y xy x+ y 2

2

⇔ ( x + y ) − 4 xy ≥ 0 ⇔ ( x − y ) ≥ 0 (bất đẳng thức đúng) Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y Áp dụng, ta có: Do đó: 8 =

1 1 4 4 1 1 4 + ≥ = + ≥ ; BF AF BF + AF AB BE AK BE + AK

BA BC BA AD + + + BF BE AF AK

1  1  4 4  1  1 = BA  + + + BC.  + BC   ≥ BA. AB BE + AK  BF AF   BE AK 

⇒4≥

4.BC ⇒ BE + AK ≥ BC (đpcm) BE + AK

Bài 30. Cho tam giác ABC. Một đường thẳng d đi qua trọng tâm G của tam giác và cắt cạnh AB tại D và cắt cạnh AC tại E. Tìm giá trị lớn nhất của tổng diện tích các tam giác BDE và CDE

Trang 53

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi M là trung điểm cua BC. dựng BI. CK song song với đường thăng d (I, K nằm trên AM), khi đó: MI = MK Suy ra: AI + AK = 2AM = 3AG Vậy có:

AB AC AI AK 3 AG + = + = =3 AD AE AG AG AG

Dựng AH , BB1 , MM 1 , CC1 , vuông góc với d. Khi đó: AH = 2 MM 1 Mặt khác: MM 1 là đường trung bình của hình thang BB1C1C nên: BB1 + CC1 = 2 MM 1 = AH

Do đó:

S BDE + SCDE S ABC

1 1 DE ( BB1 + CC1 ) DE. AH AD AE S =2 =2 = ADE = . S ABC S ABC S ABC AB AC 2

S BDE + SCDE AD AE 4 AB AC 1  AB AC  9 Ta có: ≤  + = ≤ . .  = . Do đó: 4 AD AE 4  AD AE  S ABC AB AC 9 Hay: S BDE + SCDE ≤

4 AD AE S ABC : không đổi .Dấu “=” xảy ra ⇔ = ⇔ d / / BC 9 AB AC

Bài 31. Cho tam giác ABC có diện tích S. Một đường thẳng d đi qua trọng tâm G của tam giác cắt các cạnh AB và AC thoe thứ tự M và N. Chứng minh rằng: a) S AMN ≥

4 S 9

b) S AMN ≤

1 S 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 54

Bố đề về hai tam giác có một goác bằng nhau: S A′B′. A′C ′ A′ thì A′B′C′ = Chứng minh rằng nếu tam giác ABC và tam giác A′B′C ′ có A = S ABC AB. AC

HƯỚNG DẪN GIẢI Trên tia AB lấy điểm D sao cho AD = A′B′ trên tia AC lấy điểm E sao cho AE = A′C ′

∆A′B′C ′ = ∆ADE ( c.g .c ) ⇒ S A′B′C ′ = S ADE (1) Ta lại có

nên

S ADE AD S ABE AE = = S ABE AB S ABC AC

S ADE AD AE A′B′. A′C ′ . = = ( 2) S ABE AB AC AB. AC

Từ (1) và (2) suy ra

S A′B′C′ A′B′. A′C ′ = S ABC AB. AC

a) Gọi D là giao điểm của AG và BC. Qua G kẻ IK // BC. Do BD = DC nên GI = GK. Theo bổ đề trên ta có:

S AIK AI AK 2 2 4 = = . = . S AB AC 3 3 9

Trang 55

∗

Xét ba trường hợp

− Trường hợp GM = GN thì M trùng I và N trùng K, khi đó S AMN = S AIK = − Trường hợp GM > GN thì S IGM > S KGN nên S AMN > S AIK =

4 S ( 2) 9

− Trường hợp GM < GN thì S IGM < S KGN nên S AMN > S AIK =

4 S ( 3) 9

Từ (1), (2) và (3) suy ra S AMN ≥

4 S (1) 9

4 S 9

b) Gọi E là giao điểm của BG và AC

ta có: S ABE =

1 S 2

Ta sẽ chứng minh SGEN ≤ SGBM Ta có nên

SGEN GE GN GE 1 = = . mà SGBM GB GM GB 2

SGEN 1 GN = . ( 4) SGBM 2 GM

Qua C kẻ đường thẳng song song với AB, cắt MN tại I. Gọi F là giao điểm của CG và AB.

Trang 56

Ta có:

GN GI GC ≤ = = 2 (5) GM GM GF SGEN 1 ≤ .2 = 1 SGBM 2

Từ (4) và (5) suy ra

Vậy SGEN ≤ SGBM ⇒ S AMN ≤ S ABE =

1 S 2

Cách 2: Trước hết ta chứng minh

AB AC + =3 AM AN

Thật vậy, kẻ BB′ / / CC ′ / / MN và AG cắt BC tại D là trung điểm của BC, ta có DB′ = DC ′ AB AC AB′ AC ′ AB′ + AC ′ AD − DB′ + AD + DC ′ 2 AD + = + = = = =3 2 AM AN AG AG AG AG AD 3

Đặt

AB AC = m, = n thì m + n = 3 (1) AM AN

Đặt S AMN = S ′ .Ta có

S AB AC . = = mn ( 2 ) S ′ AM AN 2

a)

( m + n ) = 32 = 9 ⇒ S ′ ≥ 4 S S = mn ≤ S′ 4 4 4 9

Dấu “=” bằng xảy ra khi và chỉ khi m = n ⇔ MN // BC b)

S = mn = m ( 3 − m ) = 3m − m 2 ( 3) S′

Gọi E, F theo thứ tự là trung điểm của AC và AB; M, N thuộc các cạnh AB, AC AB ≥ AM ≥ AF ⇔ Do 1 ≤ m ≤ 2 nên

AB AB AB ≤ ≤ ⇔1≤ m ≤ 2 AB AM AF

( m − 1)( 2 − m ) ≥ 0 ⇒ 3m − m2 ≥ 2 ( 4 ) Trang 57

Từ (3) và (4) suy ra

1 S ≥ 2 tức là S ′ ≤ S S′ 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ m = 1 hoặc m = 2 tức là M trùng B ( khi đó N là trung điểm AC) hoặc M là trung

điểm của AB (khi đó N trùng C) Cách 3: Câu a

Đặt AM = x, AN = y, AB = c, AC = b ⇒ 0 < x ≤ c; 0 < y ≤ b Kẻ BP // MN và CQ // MN ⇒

AB AP AC AQ = ; = AM AG AN AG

Ta có DP = DQ ⇒ AP + AQ = 2. AD

⇒

AB AC c b AP AQ 2 AD + = + = + = =3 AM AN x y AG AG AG 2

c b c b 4bc ⇒9= +  ≥4 . = x y xy x y ⇒ xy ≥

4bc 4 ⇒ S AMN ≥ S ABC 9 9

Dấu “=” xảy ra ⇔

x y = ⇔ MN / / BC c b

Bài 32: Cho các đường chéo của tứ giác ABCD cắt nhau tại O. tính diện tích nhỏ nhất của tứ giác, biết

S AOB = 4cm 2 , SCOD = 9cm 2 HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 58

Ta có:

S 4 OA S1 = = ⇒ S1S 2 = S3 S 4 (1) S 2 OC S3

Theo bất đẳng thức Cô si, ta có

S3 + S 4 ≥ 2 S3 .S 4 = 2 4.9 = 12 Ta có: S = S1 + S 2 + S3 + S 4 ≥ 4 + 9 + 12 = 25 Dấu “=” xảy ra ⇔ S3 = S 4 ⇔ S ADC = S BCD ⇔ AB / / CD

Bài 33. Cho hình thang ABCD ( AB / /CD ) có diện tích là S, gọi O là giao điểm của hai đường chéo. Chứng minh rằng SOAB + SOCD ≥

1 S . Dấu “=” xảy ra khi nào? 2 HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi S1, S2, S3, S4 lần lượt là diện tích các tam giác OAB, OBC, OAD, OCD Ta có:

S1 OA S3 = = ⇒ S1.S 4 = S 2 .S3 S 2 OC S 4

AB / / CD ⇒ S ADC = S BDC ⇒ S 2 = S3 2

Ta có: ( S1 + S4 ) ≥ 4 S1.S 4 = 4S 2 .S3 = 4 S 22

⇒ S1 + S 4 ≥ 2 S 2 = S 2 + S3 ⇒ 2 ( S1 + S 4 ) ≥ S ⇒ S1 + S 4 ≥

1 S 2 Trang 59

Dấu “=” xảy ra ⇔ S1 = S 4 ⇔ AD / / BC ⇔ ABCD là hình bình hàng

Bài 34. Cho hình bình hành ABCD và điểm M trên cạnh AB, N là điểm thay đổi trên cạnh CD, AN cắt DM tại P. BN cắt CM tại Q. Xác định vị trí của N để diện tích tứ giác MPNQ đạt giá trị lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Tứ giác AMND là hình thang nên

∆PMN = ∆PAD và S PAM + S PDN ≥

⇒ S PMN + S PAD ≤ Do đó: S PMN =

1 S AMND 2

1 S AMND 2

S PMN + S PAD 1 ≤ S AMND 2 4

Dấu “=” xảy ra ⇔ MN / / AD Tương tự: SQMN ≤ Do đó: S MNPQ ≤

1 S BMNC .Dấu “=” xảy ra ⇔ MN / / BC 4

1 S ABCD . Dấu “=” xảy ra ⇔ MN / / BC / / AD 4

Bài 35. Cho hình bình hành ABCD. Ba điểm M, N, P nằm trên các cạnh của hình bình hành. Chứng minh rằng S ABCD ≥ 2 S MNP

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 60

+ Trường hợp M, N, P cùng thuộc một cạnh: Khi đó: S MNP = 0 + Trường hợp hai trong ba điểm M, N, P nằm trên cùng một cạnh của hình bình hành Kẻ MH ⊥ CD tại H, CK ⊥ AB tại K Ta có: S MNP =

1 1 1 NP.MH ≤ CD.CK = S ABCD 2 2 2

⇒ S ABCD = 2.S MNP Dấu “=” xảy ra khi M ≡ A, N ≡ D, P ≡ C (hay M , N, P trùng ba đỉnh của hình bình hành ABCD)

+ Trường hợp mỗi điểm nằm trên mỗi cạnh của hình bình hành, Kẻ MK // AB, MK cắt NP tại E. Ta có: S MNP = S MNE + S MEP Theo chứng minh trên có hai đỉnh nằm trên một cạnh. Ta có: S MNP = S MNE + S MEP ≤

1 1 1 S ABKM + S MKCD = S ABCD 2 2 2

⇒ S ABCD ≥ 2 S MNP

Bài 36. Cho tứ giác ABCD có diện tích S, điểm O nằm trong tứ giác. Chứng minh rằng OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 ≥ 2 S . Dấu “=” xảy ra khi nào? Trang 61

HƯỚNG DẪN GIẢI

1 1 OA2 + OB 2 Ta có: SOAB ≤ OA.OB ≤ . 2 2 2 Dấu “=” xảy ra ⇔ OA ⊥ OB và OA = OB

1 OB 2 + OC 2 Tương tự: SOBC ≤ . ; 2 2 1 OC 2 + OD 2 1 OD 2 + OA2 SOCD ≤ . ; SODA ≤ . 2 2 2 2 Do đó: SOAB + SOBC + SOCD + SODA ≤

1 OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 ) ( 2

⇒ OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 ≥ 2 S Dấu “=” xảy ra ⇔ OA ⊥ OB, OB ⊥ OC , OC ⊥ OD, OD ⊥ OA và OA = OB = OC = OD

⇔ Tứ giác ABCD là hình vuông, O là giao điểm hai đường chéo.

Bài 37. Cho hình thanh ABCD ( AD / / BC ) có diện tích S. Gọi O là giao điểm của hai đường chéo. Xác định dạng của hình thang ABCD để diện tích tam giác OAB có diện tích lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI.

Trang 62

AD / / BC ⇒ SOAB = SOCD ;

SOBC OC SOCD 2 = = ⇒ SOAB = SOBC .SOAD SOAB OA SOAD

Từ C kẻ đường thẳng song song với BD cắt AD tại E

⇒ BCED là hình bình hành ⇒ S ABCD = S ACE = S ∆OBC ∽ ∆CEA 2

nên

SOBC  BC  BC 2 = = ;  2 S  AE  ( AD + BC ) 2

∆OAD ∽ ∆CAE nên

SOAD  AD  AD 2 = =  2 S  AE  ( AD + BC )

2

S S S 1 1 BC 2 . AD 2 BC. AD S  ⇒  OAB  = OBC . OAD = ⇒ OAB = ≤ ⇒ SOAB ≤ S 2 2 4 S S S  S  ( AD + BC ) ( AD + BC ) 4 Dấu “=” xảy ra ⇔ BC = AD ⇔ ABCD là hình bình hành.

Bài 38. a) Trong các hình chữ nhật cùng chu vi. hình nào có diện tích lớn nhất? b) Trong các hình chữ nhật cùng diện tích, hình nào có chu vi nhỏ nhất?

HƯỚNG DẪN GIẢI Gọi x, y là các kích thước của hình chữ nhật. 2

Dùng bất đẳng thức ( x + y ) ≥ 4 xy a) Chu vi hình chữ nhật không đổi nên x + y là hằng số, khi đó xy lớn nhất ⇔ x = y .

Vậy hình vuông có diện tích lớn nhất. b) Diện tích hình chữ nhật không đổi nên xy là hằng số, khi đó nhỏ nhất ⇔ x = y . c) Vậy hình vuông có chu vi nhỏ nhất.

Bài 39. Trong các hình thoi có cùng chu vi. tìm hình có diện tích lớn nhất? HƯỚNG DẪN GIẢI Xét hình thoi cạnh a và hình vuông cạnh a. Gọi h là đường cao của hình thoi, ta có Trang 63

h ≤ a ⇒ ah ≤ a 2 Diện tích hình thoi nhỏ hơn hoặc bằng diện tích hình vuông. Vậy trong các hình thoi có cùng chu vi, hình vuông có diện tích lớn nhất

Bài 40. Trong các hình thoi có cùng diện tích, hình nào có chu vi nhỏ nhất? HƯỞNG DẪN GIẢI Xét hình thoi cạnh a và hình vuông cạnh b. gọi h là chiều cao hình thoi, ta cỏ: ah = b 2 Ta có: h ≤ a ⇒ ah ≤ a 2 ⇒ b 2 ≤ a 2 nên b ≤ a Chu vi hình thoi lớn hơn hoặc bằng chu vi hình vuông. Vậy trong các hình thoi có cùng diện tích, hình vuông cỏ chu vi nhỏ nhất?

Bài 41. a) Trong các tam giác vuông có tổng hai cạnh góc vuông không đổi. tam giác nào có chu vi nhỏ nhất? b) Chứng minh rằng trong các tam giác vuông có cạnh huyền không đổi. tam giác vuông cân có chu vi

nhỏ nhất?

HƯỚNG DẢN GIẢI a) Gọi b, c là các cạnh góc vuông của các tam giác vuông có b + c = 2m (m là hằng số).

Chu vi tam giác nhỏ nhất ⇔ cạnh huyền nhỏ nhất ⇔ b 2 + c 2 nhỏ nhất

Đặt b = m + x thì c = m − x . 2

2

Khi đó: b 2 + c 2 = ( m + x ) + ( m − x ) = 2m 2 + 2 x 2 ≥ 2m 2

b 2 + c 2 ≥ 2m 2 : không đổi. Dấu “=” xảy ra ⇔ b = c b) Xét các tam giác vuông có cạnh huyền a không đổi.

Gọi x, y là độ dài các cạnh góc vuông. 2

2

Ta có: ( x + y ) ≤ 2 ( x 2 + y 2 ) ⇔ ( x + y ) ≤ 2a 2 ⇔ x + y ≤ a 2 : không đổi. Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y Chu vi tam giác vuông lớn nhất bằng a + a 2 ⇔ Tam giác đó vuông cân.

Bài 42. Cho hình vuông ABCD có cạnh a. Điểm M di động trên đuờng chéo AC. Kẻ

ME ⊥ AB, MF ⊥ BC ( E ∈ AB, F ∈ BC ) . Xác định vị trí của điểm M để tam giác DEF có diện tích nhỏ nhất.

Trang 64

HƯỚNG DẪN GIẢI

Đặt a là độ dài cạnh hình vuông. Tứ giác BFME là hình chữ nhật ⇒ BF = EM .

∆EAM vuông cân tại E nên EA = EM. Do đó BE + BF = BE + EA = a Mặt khác EM / / AD ⇒ S DEM = S AEM ; FM / / DC ⇒ S DMF = S MFC Do đó S DEF = S DEM + S DMF + S MEF

= S AEM + S MFC + S MEF = S AEFC

= S ABC − S BEF = Ta có:

1 2 1 a − BE.BF (1) 2 2

( BE + BF )

2

≥ 4 BE.BF ⇔

Từ (1) và (2) suy ra S DEF ≥

a2 ≥ BE.BF (2) 4

1 2 1 a2 3 a − . ⇔ S DEF ≥ a 2 : không đổi. 2 2 4 8

Dấu “=” xảy ra ⇔ BE = BF ⇔ M là trung điểm của AC.

Bài 43. Cho tứ giác ABCD có diện tích không đổi S. O là điểm nằm trong tứ giác ABCD. Xác định hình dạng của tứ giác ABCD và vị trí điềm O để tổng OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 đạt giá trị nhỏ nhất.

Trang 65

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi BH là đường cao của ∆OAB . Ta có: OA2 + OB 2 ≥ 2.OA.OB 1 SOAB = OA.BH ; BH ⊥ OA nên OB ≥ BH 2 Do đó OA2 + OB 2 ≥ 4.SOAB ; OB 2 + OC 2 ≥ 4.SOBC ;

OC 2 + OD 2 ≥ 4.SOCD ; OD 2 + OA2 ≥ 4.SOAD Vậy : 2 ( OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 )

≥ 4 ( SOAB + SOBC + SOCD + SOAD ) = 4S ⇒ OA2 + OB 2 + OC 2 + OD 2 ≥ 2 S : không đổi

= COD = DOA = 90° Dấu “=” xảy ra ⇔ OA = OB = OC = OD và AOB = BOC ⇔ ABCD là hình vuông và O là tâm hình vuông

Bài 44. Cho đoạn thẳng AB = a, C là điểm trên đoạn thẳng AB. Vẽ các hình vuông ACDE và CBFG. Xác định vị trí điểm C để tổng diện tích hai hình vuông ACDE và CBFG đạt giá trị nhó nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 66

Cách 1: Đặt AC = x ⇒ CB = a − x ( 0 < x < a ) 2

S ACDE + SCBFG = x 2 + ( a − x ) = 2 x 2 − 2ax + a 2 2

a  a2 a2  : không đổi = 2 x −  + ≥ 2 2 2  Dấu “=’ xảy ra ⇔ x =

a ⇔ C là trung điểm của AB 2

Cách 2: Đặt AC = x; BC = y ⇒ x + y = a không đổi ( 0 < x, y < a ) Ta có S ACDE + SCBFG = x 2 + y 2 ≥

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y =

( x + y)

2

2

=

a2 : không đổi 2

a ⇔ Clà trung điểm của AB 2

= 90° , A và B là hai điểm lần lượt di động trên hai tia Ox, Oy sao cho Bài 45. Cho góc xOy OA + OB = a (a > 0, a không đổi). Xác định vị trí của A và B để độ dài đoạn thẳng AB ngắn nhất

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1 2

2

Ta có: AB = OA + OB

2

( OA + OB ) ≥ 2

2

=

a2 2 Trang 67

⇒ AB ≥

2 a : không đổi 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ OA = OB =

a 2

Cách 2: Đặt OA = x ⇒ OB = a − x ( 0 < x < a ) Ta có: AB 2 = OA2 + OB 2 = x 2 + ( a − x )

2

 2 a2 a2 a2  = 2 x − 2ax + a = 2  x − ax + + −  4 2 4   2

2

2

2 a  a2 a2  a : không đổi = 2 x −  + ≥ ⇒ AB ≥ 2 2 2 2  Dấu “=” xảy ra ⇔ x =

a a ⇔ OA = OB = 2 2

Bài 46. Cho đoạn thẳng AB cố định. M là điểm di động trên đoạn thẳng AB, kẻ tia Mx vuông góc với AB tại M trên tia Mx lần lượt lấy các điểm C và D sao cho MC = MA, MD = MB. Gọi E, F lần vượt và trung điểm của AC và BD. Xác định vị trí của điểm M để diện tích tam giác MEF lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

∆MAC vuông cân tại M ⇒ AC = AM 2 Ta có: ME =

AC 2 AM ,ME là đường phân giác góc AMC = 2 2

Tương tự MF =

2 BM ,MF là đường phân giác góc DMB 2 Trang 68

= 90° Do đó EMF 2

Ta có:

( MA + MB ) MA.MB ≤

S MEF =

1 1 2 2 ME.MF = MA. MB 2 2 2 2

=

4

AB 2 = 4

1 1 AB 2 AB 2 MA.MB ≤ . = : không đổi 2 2 4 8

Dấu ‘=’ xảy ra ⇔ MA = MB ⇔ M là trung điểm của đoạn thẳng AB

Bài 47. Cho tam giác đều ABC, đường cao AH = h.Lấy điểm M nằm giữa B và C. Vẽ MD ⊥ AB, ME ⊥ AC a) Chứng minh rằng MD + ME = h b) Gọi diện tích tam giác MDE là S. Tìm giá trị lớn nhất của S.

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Ta có: S ABM + S ACM = S ABC ⇒

1 1 1 AB.MD + AC.ME = BC.h 2 2 2

Vì AB = AC = BC nên ta được MD + ME = h b) Kẻ DK ⊥ EM tại K

= 120° do đó góc nhọn giữa MD và ME là 60° Ta có: DME Diện tích ∆MDE là:

S=

1 1 3 DK .ME = MD.ME.sin 60° = MD.ME 2 2 4 2

3 ( MD + ME ) 3 2 ⇒S≤ = . .h : không đổi 4 4 16 Trang 69

Dấu ‘=” xảy ra ⇔ M là trung điểm của BC Vậy S lớn nhất là

3 2 .h ⇔ M là trung điểm của BC 16

Bài 48. Cho tam giác đều ABC, M trên cạnh BC (M khác B và C). Vẽ MD vuông góc với AB tại D, ME vuông góc với AC tại E. Xác định vị trí của điểm M để diện tích tam giác MDE lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

= 120° suy ra DMK = 60° Kẻ DK ⊥ EM tại K. Ta có: DME

S MDE = =

1 1 DK .ME = MD.ME.sin 60° 2 2

1 1 MB.MC.sin 60°.sin 60°.sin 60° = MB.MC.sin 3 60° 2 2 2

1 3 3 ( MB + MC ) BC 2 .3 3 ≤ . . = : không đổi. 2 8 4 64 Dấu “=” xảy ra ⇔ M trùng H, ME = MD

⇔ M là trung điểm của đoạn thẳng BC

Bài 49. Cho hình vuông ABCD. Hình vuông HEFG có các đỉnh H, E, F, G lần vượt nawmgf trên các cạnh DA, AB, BC, CD. Hãy xác định vị trí hình vuông HEFG để nó có diện tích nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 70

Cách 1: Kẻ OK ⊥ AB tại K ⇒ K cố định Tâm của hai hình vuông trùng nhau tại một điểm O Ta có: S EFGH =

EG.FH 2OE.2OE = = 2.OE 2 ≥ 2.OK 2 :không đổi 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ OE = OK ⇔ E trùng K Vậy diện tích HEFG nhỏ nhất khi các đỉnh H, E, F, G lần lượt là trung điểm các cạnh DA, AB, BC, CD.

Cách 2: Ta chứng minh được AE = BF = CG = DH Gọi AB =a, AE = x thì EB = FC = DG = HA = a - x Gọi S là diện tích hình vuông HEFG ta có: Trang 71

S = a 2 − 4.

x (a − x) = a 2 − 2ax + 2 x 2 2 2

a  a2 a2  = 2 x −  + ≥ 2 2 2  Dấu ‘=” xảy ra ⇔ x =

a ⇔ E là trung điểm của AB 2

Cách 3 S HEFG nhỏ nhất ⇔ 4 S AEH lớn nhất ⇔ 4.

x (a − x) 2

⇔ x ( a − x ) lớn nhất Chú ý rằng: x và a - x là hai số dương có tổng không đổi (bằng a) nên tích của chúng lớn nhất khi và chí khi hai số ấy bằng nhau. Khi đó x = a − x ⇔ x =

a ⇔ E là trung điểm của AB. 2

Bài 50. Cho tam giác đều ABC. Tìm vị trí của điểm M trên cạnh BC sao cho nếu gọi D là hình chiếu của M trên AB, gọi E là hình chiếu của M trên AC thì tứ giác ADME có diện tích lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Đặt S MDB = S1 , S MEC = S2 S ADME lớn nhất ⇔ S1 + S 2 nhỏ nhất

Đặt MB = x, MC = y và x + y = a : không đổi Trang 72

Tam giác MDB là nữa tam giác đều cạnh x nên S1 = Tương tự ta có: S 2 =

x2 3 8

y2 3 8 2

3 2 3 ( x + y) a2 3 a2 3 S1 + S 2 = x + y2 ) ≥ . = ⇒ S1 + S 2 ≥ ( 8 8 2 16 16 Do đó : S ADMF = S ABC − ( S1 + S 2 ) ≤

a 2 3 a 2 3 3a 2 3 : không đổi − = 4 16 16

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y Vậy S ADMF lớn nhất bằng

3a 2 3 ⇔ M là trung điểm của BC 16

Bài 51. Cho tam giác ABC có diện tích S. Một đường thẳng song song với BC cắt AB và AC theo thứ tự tại điểm D và E. Tính diện tích lớn nhất của tam giác BDE

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1 Đặt BD = x, AD = y, AB = a, ta có x + y = a S BDE BD x = = (1) S BAE BA a

S BAE AE AD y = = = ( 2) S AC AB a Nhân (1) với (2) ta được: 2

1 S BDE xy ( x + y ) a2 = 2 ≤ = = 2 2 S a 4a 4a 4 Trang 73

Vậy GTLN của S BDE là

1 S ⇔ x = y ⇔ D, E lần lượt là trung điểm của AB, AC 4

Cách 2:

Kẻ DG // AC, cắt BE tại I Kẻ BB′, EE ′ vuông góc với DG.

S BDE = DI .

BB′ + EE ′ h = DI . 2 2

(h là độ dài đường cao kẻ từ B của ∆ABC ) (1) Do DG // AC nên

DI DG = AE AC

( AE + EC ) ⇒ DI . AC = AE.DG = AE.EC ≤ 4

Từ (1) và (2) suy ra S BDE ≤ Vậy GTLN của S BDE là

2

=

AC 2 AC ⇒ DI ≤ ( 2) 4 4

AC.h 1 = S 8 4

1 S ⇔ AE = EC ⇔ E lần lượt là trung điểm của AC, khi đó D là trung điểm 4

của AB.

Bài 52. Cho tam giác ABC, các đường trung tuyến BE và CF cắt nhau ở G. Gọi D là một điểm trên cạnh BC. Qua D kẻ đường thẳng song song với CF cắt BE và BA theo thứ tự tại I và M. Qua D kẻ đường thẳng song song với BE, cắt CF và CA theo thứ tự tại K và N. Tìm vị trí của điểm D để: a) Tứ giác GIDK có diện tích lớn nhất

b) Tam giác DMN có diện tích lớn nhất

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 74

a) Đặt SGBC = S , SGIDK = S ′, BD = x, DC = y Các tam giác IBD, GBC, KDC đồng dạng nên 2

S ′ S − S IBD − S KDC  x   y  = = 1−   −  S S  BC   BC  = 1−

2

x2 + y2

( x + y)

2

S ′ lớn nhất ⇔

x2 + y 2

(x + y)

nhỏ nhất

2

2

Do 2 ( x 2 + y 2 ) ≥ ( x + y ) nên

x2 + y2

( x + y)

2

≥

1 2

S ′ lớn nhất ⇔ x = y ⇔ D là trung điểm của BC

b) Ta có: DM // CF nên Tương tự

DM CF 3 = = DI CG 2

S 9 9 DN 3 DM DN 3 3 9 = suy ra DMN = . = . = ⇒ S DMN = S DIK = S ′ DK 2 4 8 S DIK DI DK 2 2 4

S DMN lớn nhất ⇔ S ′ lớn nhất ⇔ x = y (theo câu a ) ⇔ D và trung điểm của BC

Bài 53. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Các điểm D, E theo thứ tự di chuyến trên các cạnh AB. AC sao cho BD = AE. Xác đinh vị trí của điểm D và E sao cho: a) DE có độ dài nhỏ nhất b) Tứ giác BDEC có diện tích nhỏ nhất.

(Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9. tinh Bỉnh Định năm học 2017-2018)

HƯỚNG DẪN GIẢI Trang 75

Cách 1: Kẻ DH ⊥ AB tại D (H thuộc BC); HE ′ ⊥ AC tại E ′

= DAE ′ = HE ′A = 90° ⇒ HDA ⇒ Tứ giác ADHE ′ là hình chữ nhật ⇒ DH = AE ′ Ta có: DB = DH, DB = AE. Do đó: AE = AE ′ ⇒ E trùng với E ′ Kẻ AK ⊥ BC ⇒ AK là đường trung tuyến ∆ABC ⇒ AH ≥ AK =

BC : không dồi 2

Mà AH = DE (vì ADHE là hình chữ nhật) ⇒ DE ≥

BC :không đổi 2

Vậy DE nhỏ nhất ⇔ H trùng K ⇔ D, E là hình chiếu của K trên AB, AC ⇔ Khi D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC

Cách 2: Đặt AB = AC = a ( a > 0 ) ; DB = DH = AE = x ⇒ AD = a − x 2

Ta có: DE 2 = AD 2 + AE 2 = ( a − x ) + x 2 = 2 x 2 − 2ax + a 2 2

a2 a 2 a  a2 a2  : không đổi ⇒ DE ≥ = : không đổi = 2 x −  + ≥ 2 2 2 2 2 

Dấu ‘=” xảy ra ⇔ x =

Vậy DE nhỏ nhất là

a 2

a 2 AB 2 = ⇔ D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC 2 2

Trang 76

Cách 3: 2

Áp dụng bất đẳng thức: a + b

Thật vậy: a 2 + b 2 ≥

( a + b)

2

( a + b) ≥

2

với a, b > 0

2

2

⇔ 2 ( a 2 + b 2 ) ≥ a 2 + 2ab + b 2 ⇔ a 2 − 2ab + b 2 ≥ 0

2

2

⇔ ( a − b ) ≥ 0 (BĐT đúng)

Dấu ‘=” xảy ra ⇔ a = b

Đặt AB = AC = a: không đổi Ta có: DE 2 = AD 2 + AE 2 ≥

( a > 0)

( AD + AE ) 2

2

=

AB 2 a 2 a2 a 2 = ⇒ DE ≥ = :không đổi 2 2 2 2

 DB = DA Dấu “=” xảy ra ⇔ AD = AE ⇔   EC = EA ⇔ D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC

Vậy DE nhỏ nhất là

a 2 AB 2 khi D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC = 2 2

b) Cách 1

Đặt AB = AC = a ( a > 0 ) ; DB = DH = AE = x ⇒ AD = a − x ∗

( a + b)

Xét bài toán phụ: Cho a, b > 0 . Ta luôn có: 2

2

≥ 4ab ⇔ ( a − b ) ≥ 0 . Dấu “=’ xảy ra ⇔ a = b

S ADE =

2 a2 1 1 1 AD. AE = ( a − x ) x ≤ ( a − x ) + x  = 2 2 8 8

S ABC =

a2 1 AB. AC = 2 2

Do đó: S BDEC = S ABC − S ADE ≥

a 2 a 2 3a 2 − = :không đổi 2 8 8

Dấu “=” xảy ra ⇔ a − x = x ⇔ x =

a 2

3a 2 3 AB 2 Vậy tứ giác BDEC có diện tích nhỏ nhất là = 8 8 ⇔ D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC

Cách 2 Trang 77

Đặt AB = AC = a ( a > 0 ) ; DB = DH = AE = x ⇒ AD = a − x Ta có: S BDEC = S ABC − S ADE = S BDEC nhỏ nhất ⇔

x (a − x)

2

AB 2 AD. AE a 2 x ( a − x ) − = − 2 2 2 2 lớn nhất

⇔ a − x = x (vì tổng x + a − x − a không đổi)

⇔ x=

a ⇔ D, E lần lượt là trung điểm của AB và AC 2

Bài 54. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Trên các cạnh AB. BC, CA lần lượt lấy các điểm K, L, M sao cho tam giác KLM vuông cân tại K. Xác định vị trí của điểm K để diện tích tam giác KLM đạt giá trị nhỏ nhất. (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9 vòng 1, huyện Phù Cát tỉnh Bình Định năm học 2017 - 2018)

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1 Kẻ LH ⊥ AB tại H ∆HLK = ∆AKM ⇒ HL = AK , HK = AM

Đặt AB = AC = a, HB = x ⇒ HL = AK = x, HK = a − 2 x Ta có: S KLM = =

1 2 1 KL = ( HL2 + HK 2 ) 2 2

1 2 2 x + ( a − 2x)    2 Trang 78

2 1 5  2a  a 2  2 2 = ( 5 x − 4ax + a ) =  x −  +  2 2  5  25  2

5 2a  1 a 2 = x−  + . 2 5  2 5 1 a2 S ⇒ S KLM ≥ . = ABC : không đổi 2 5 5 Dấu ‘=” xảy ra ⇔ x =

2a 2a 2. AB ⇔ AK = = 5 5 5

Cách 2:

Đặt AK = x, AM = y Ta có AB = 2x +y S ABC = =

1 1 2 AB 2 = ( 2 x + y ) 2 2

1 2 5 ( x2 + y2 ) − ( x − 2 y )    2

1 5 ≤ .5 ( x 2 + y 2 ) = KM 2 = 5.S KLM 2 2

⇒ S KLM ≥

S ABC không đổi 5

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = 2 y ⇔ AK =

2. AB 5

Bài 55. Cho hình chữ nhật ABCD. Trên các cạnh AB, BC, CD, DA lần lượt lấy các điểm M, N, P, Q sao cho AM = AQ = CN = CP. Xác định các điểm M, N, P, Q để: Trang 79

a) Tứ giác MNPQ có diện tích lớn nhất. Tính diện tích lớn nhất đó. b) Tứ giác MNPQ là hình thoi. Tính diện tích hình thoi đó khi AB = 14cm; BC = 6cm

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Ta có: S AMQ = SCNP ; S BMN = S DPQ

Đặt AB =a, BC =b; AM = AQ = CN = CP = x ⇒ BM = a − x; BN = b − x S MNPQ = S ABCD − 2 ( S AMQ + S BMN ) = ab −  x 2 + ( a − x )( b − x ) 

S MNPQ = ab −  x 2 + ( a − x )( b − x ) 

= −2 x 2 + ( a + b ) x 2

2

2

( a + b ) : không đổi a + b  ( a + b)  = −2  x − ≤  + 4  8 8  Dấu ‘=” xảy ra ⇔ x =

a+b 4

Vậy GTLN của S MNPQ là

( a + b) 8

2

⇔x=

a+b 4

b) Tứ giác MNPQ có các cặp cạnh đối bằng nhau nên là hình bình hành Hình bình hành MNPQ là hình thoi 2

2

⇔ MQ = MN ⇔ MQ 2 = MN 2 ⇔ 2 x 2 = ( a − x ) + ( b − x ) ⇔ x =

a2 + b2 = 5,8 2(a + b)

Bài 56. Cho nửa đường tròn (O), đường kính AB = 2R. Hai bán kính OC và OD thay đổi vị trí sao cho Trang 80

= 60° .Tìm vị trí của điểm C và D để tứ giác ACDB có diện tích lớn nhất. thuộc cung AD và COD HƯỚNG DẪN GIẢI

Ta có: ∆COD đều nên SCOD =

R2 3 (1) 4

Đặt S ACBD = S thì S lớn nhất ⇔ S AOC + S BOD lớn nhất Gọi I là trung điểm của CD Kẻ II ′, CC ′, DD′ vuông góc với AB Ta có: S AOC + S BOD = R. Ta lại có II ′ ≤ IO =

CC ′ + DD′ = R.II ′ ( 2 ) 2

R 3 ( 3) 2

Từ (1), (2) và (3) suy ra S <

Vậy GTLN của S là

R2 3 R 3 3R 2 3 + R. = 2 2 4

3R 2 3 = 60° ⇔ I ′ trùng O ⇔ AOC = BOD 4

Bài 57. Cho nửa đường tròn (O) đường kính AB = 2R. bán kính OC vuông góc với AB, điểm M chuyển động trên cung CB. Gọi H là hình chiếu của M trên OB. Tìm vị trí của điểm M để tam giác MOH có: a) Chu vi lớn nhất

b) Diện tích lớn nhất

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 81

Đặt MH = x, OH = y 2

a) Chu vi ∆MOH bằng R + x + y. Ta có ( x + y ) ≤ 2 ( x 2 + y 2 ) = 2 R 2 Chu vi ∆MOH lớn nhất bằng R + R 2

= 45° x = y ⇔ BOM b) 2 S MOH = MH .OH = xy ≤ Vậy GTLN của S là

x2 + y 2 R 2 = 2 2

R2 = 45° ⇔ x = y ⇔ BOM 2

Bài 58. Cho nửa đường tròn (O) đường kính AB = 2. Điểm C di chuyển trên nửa đường tròn. Gọi (I) là đường tròn tiếp xúc vời các bán kính OA, OC và cung AC. Gọi (K) là đường tròn tiếp xúc với các bán kính OB, OC và cung BC. Gọi tiếp điểm của các đường tròn (I), (K) trên AB theo thứ tự là D, E. Tìm giá trị nhỏ nhất của DE.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Đặt ID = r1 , KE = r2 , OD = x, OE = y Trang 82

Ta có: OD 2 = OI 2 − ID 2 2

⇒ x 2 = (1 − r1 ) − r12 = 1 − 2r1

⇒ 1 − x 2 = 2r1 (1) :tương tự 1 − y 2 = 2r2 ( 2 )

∆ODI ∽ ∆KEO ( g.g ) ⇒

OD DI x r = ⇒ = 1 ⇒ xy = r1r2 ( 3) KE EO r2 y

Từ (1), (2) và (3) suy ra (1 − x 2 )(1 − y 2 ) = 4 xy 2

⇒ 1 − x 2 − y 2 + x 2 y 2 = 4 xy ⇒ 1 − 2 xy + x 2 y 2 = x 2 + y 2 + 2 xy ⇒ (1 − xy ) = ( x + y )

2

Do xy < 1 nên 1 − xy = x + y

Đặt x + y = a

( x + y) thì 1 − xy = a ⇒ 1 − a = xy ≤ 4

2

⇒

2

a2 a a  + a ≥ 1 ⇒  + 1 ≥ 2 ⇒ + 1 ≥ 2 ⇒ a ≥ 2 4 2 2 

Vậy GTLN của a là 2

(

=

a2 4

(

2 −1

)

)

2 − 1 ⇔ x = y ⇔ C là điểm chính giữa của nửa đường tròn.

Bài 59. Cho tam giác ABC có diện tích S và đường trung tuyến AM, D là điểm trên AB, E là điểm trên AC, từ D và E kẻ các đường thẳng song song với AM cắt BC lần lượt tại Q và P. Chứng minh rằng S DEPQ ≤ S

HƯỚNG DẪN GIẢI

Đặt

BD CE = x; = y ⇒ 0 < x; y < 1 BA CA

Trang 83

1 AD. AE.sin A S ADE 2 = 1 S AB. AC.sin A 2

=

AD AE AB − BD AC − CE . = . AB AC AB AC

= (1 − x )(1 − y ) S BDQ

S

=

S BDQ x 2 S BD BQ y2 . ⇒ = . Tương tự CEP = BA BM S 2 S 2

Từ đó ta có:

S ADE + S BDQ + SCEP

= (1 − x )(1 − y ) +

S

1 2 1 2 x + y 2 2

2

2 (1 − x )(1 − y ) + x 2 + y 2 ( x + y − 1) 1 = = ≥ 2 2 2 ⇒

S − S DEPQ

S

≥

1 1 ⇒ S DEPQ ≤ S 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ x + y + 1 ⇔

BD CE DQ EP + =1⇔ + = 1 ⇔ DQ + EP = AM BA CA AM AM

Bài 60. Gọi O là giao điểm của hai dường chéo của tứ giác ABCD. Cho biết diện tích tam giác AOB bằng 4cm2, diện tích tam giác COD bằng 9cm2. Tìm giá trị nhỏ nhất cúa diện tích tứ giác ABCD (Đề thi chọn học sinh giỏi toán lớp 9, Tp. Hồ Chí Minh năm học 2001 - 2002)

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 84

1 OB. AH S AOB 2 OB Vẽ AH ⊥ BD tại H. = = S AOD 1 OD. AH OD 2 Tương tự:

S BOC OB S AOB S BOC = = SCOD OD S AOD SCOD

⇔ S AOD S BOC = S AOB .SCOD = 4.9 = 36

Áp dụng BĐT Cô si cho hai số dương ta có:

S AOD + S BOC ≥ 2 S AOD .S BOC Vậy: S AOD + S BOC ≥ 2 36 = 12 Do đó: S AOB + SCOD + S AOD + S BOC ≥ 4 + 9 + 12 ⇔ S ABCD ≥ 25

Dấu “=” xảy ra ⇔ S AOD = S BOC ⇔ S ADC = S BDC ⇔ A, B cách đều DC ⇔ AB // DC ⇔ Tứ giác ABCD là hình thang

Vậy GTLN của diện tích tứ giác ABCD là 25 cm2

DANG 4: VẬN DỤNG TỈ SỐ LƯỢNG GIÁC CỦA GÓC NHỌN 1. KIẾN THỨC CƠ BẢN

1.1. Cho tam giác ABC vuông tại A. ta có: AB = BC.sin C = BC.cos B; AC = BC.sin B = BC.cos C AB = AC. tan C = AC.cot B; AC = AB.tan B = AB.cot C

1.2. Với góc nhọn α , ta có: sin 2 α + cos 2 α = 1 1.3. Cho tam giác nhọn ABC, ta có: S ABC =

1 1 1 AB. AC.sin A = BA.BC.sin B = CA.CB.sin C 2 2 2

1.4.Gọi α là góc nhọn tạo bời hai dường chéo AC và BD cùa tứ giác ABCD. ta có:

S ABCD =

1 AC.BD.sin α 2

1.5.Với góc nhọn α , ta có a) tan α + cot α ≥ 2 . Dấu “=” xảy ra ⇔ α = 45° b) sin α .cos α ≤

1 .Dấu “=” xảy ra ⇔ α = 45° 2

c)

2.BÀI TẬP ÁP DỤNG Trang 85

Bài 1. Cho góc nhọn mOn. Trên hai cạnh Om và On lần lượt lấy các điểm B và C sao cho OB + OC = 2a. Tính diện tích lớn nhất của tam giác OBC.

HƯỚNG DẪN GIẢI

= α ; OB = x; OC = y Đặt mOn Diện tích ∆OBC là S =

Mặt khác

( x + y) xy ≤ 4

1 xy.sin α 2

2

hay

( 2a ) xy ≤ 4

2

= a2

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = y = a Do đó: S ≤

1 2 a .sin α ⇔ OB = OC = a 2

Bài 2. Cho tam giác ABC cân tại A, AB = AC = a, A = 30° . Trên tia đối của các tia AB và AC lần lượt lấy các điểm M và N sao cho AM + AN = b. Tìm diện tích lớn nhất của tứ giác BCMN.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 86

Ta có: BM + CN = AB + AC + AM + AN = 2a + b Diện tích tứ giác BCMN là: S=

1 1 BM .CN .sin 30° = BM .CN 2 4 2

1 ( BM + CN ) 1 2 ≤ . = ( 2a + b ) 4 4 16 Dấu “=” xảy ra khi BM = CN =

2a + b 2

Vậy diện tích tứ giác BCMN lớn nhất là

1 2a + b 2 ( 2a + b ) ⇔ BM = CN = 16 2

Bài 3. Cho đường tròn (O) đường kính AB cố định, điểm M cố định thuộc đường kính AB, có MA = a, MB = b. Điểm C chuyển động trên đường tròn. Gọi D, E theo thứ tự là hình chiếu của M trên AC, BC. Tìm vị trí của điểm C để hình chữ nhật MDCE có diện tích lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 87

= BME = α ta có S MDCE = MD.ME đặt MAD MD = MA.sin α = a.sin α ME = MB.cos α = b.cos α

S MDCE = ab.sin α .cos α ≤

ab ab sin 2 α + cos 2 α ) = ( 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ sin α = cos α ⇔ α = 45° ⇔ C là điểm chính giữa của cung AB

Bài 4. Cho đoạn thẳng AB = 5cm. Lấy điểm M nằm giữa A và B sao cho AM = 2cm. Trên một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ các tia Ax, By cùng vuông góc với AB. Một góc vuông đỉnh M quay quanh M cắt các tia Ax, By lần lượt tại C và D. Tính diện tích nhỏ nhất của tam giác MCD.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1: Trang 88

=α Đặt AMC = α thì BDM ∗

Xét ∆AMC vuông tại A có: MC =

2 AM = cos α cos α

∗

Xét ∆BMD vuông tại B có: MD =

3 BM = sin α sin α

Diện tích tam giác MCD là:

S=

1 1 2 3 3 . MC.MD = . = (1) 2 2 cos α sin α cos α .sin α

Áp dụng BĐT xy ≤

x2 + y 2 sin 2 α + cos 2 α 1 = ( 2) ta có: sin α .cos α ≤ 2 2 2

Từ (1) và (2) suy ra: S ≥ 3 :

1 =6 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ sin α = cos α ⇔ α = 45° ⇔ AC = AM = 2

Cách 2 Đặt AC = x, BD = y. Ta có: S = Mà:

1 1 2 1 MC.MD = x + 4. y 2 + 9 ≥ 4 x.6 y = 6 xy 2 2 2

x 3 = ( = tan α ) ⇒ xy = 6 . Vậy: S ≥ 6 : không đổi 2 y

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = 2; y = 3

Cách 3: Đặt AC = x, BD = y. Ta có: MC 2 .MD 2 = ( x 2 + 22 )( y 2 + 32 ) ≥ ( xy + 2.3) Mà:

2

x 3 = ( = tan α ) ⇒ xy = 6 2 y

Do đó: MC 2 .MD 2 ≥ 144 ⇒

1 MC.MD ≥ 6 2

Vậy S ≥ 6 không đổi . Dấu “=” xảy ra ⇔ x = 2; y = 3 Vậy diện tích nhỏ nhất của tam giác MCD là 6 ⇔ x = 2; y = 3

Bài 5. Cho trước tam giác ABC vuông tại A. Đường tròn (O) nội tiếp có bán kính r. Vẽ đường thẳng d đi qua O cắt hai cạnh AB và AC lần lượt tại M và N. Xác định vị trí của đường thẳng d để tam giác AMN có diện tích nhỏ nhất. Tính diện tích nhỏ nhất đó.

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 89

Cách 1: Gọi các tiếp điểm của đường tròn (O) trên các cạnh AB, AC lần lượt là H và K. Ta có: OH ⊥ AB, OK ⊥ AC Diện tích tam giác AMN là S = S AOM + S AON =

1 r. ( AM + AN ) 2

Mặt khác: AM + AN ≥ 2 AM . AN = 2 2 S Do đó: S ≥

1 r.2 2 S = r 2 S ⇒ S ≥ 2r 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AM = AN ⇔ ∆AMN vuông cân tại A ⇔ d ⊥ OA Vậy S đạt giá trị nhỏ nhất là 2r 2 khi d ⊥ OA

Cách 2:

= α ⇒ KON =α Đặt HMO

1 1 Ta có: S HMO + S KON = OH .MH + OK .KN 2 2 =

1 1 1 r.OH .cot α + r.OK tan α = r 2 ( cot α + tan α ) 2 2 2

S HMO + S KON =

1 2 1 r ( cotα + tan α ) ≥ r 2 .2 = r 2 2 2

Dấu “=” xảy ra khi α = 45° Do đó: S AMN = S HMO + S KON + S AHOK ≥ r 2 + r 2 = 2r 2 :không đổi Dấu “=” xảy ra ⇔ cot α = tan α ⇔ α = 45° ⇔ AM = AN ⇔ ∆AMN vuông cân tại A ⇔ d ⊥ OA

Bài 6. Cho tam giác ABC vuông tại A, BC = 2a, đường cao AH. Kẻ HD ⊥ AC , HE ⊥ AB .Tìm giá trị lớn nhất của: a) Độ dài đoạn thẳng DE

b) Diện tích tứ giác ADHE.

Trang 90

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Cách 1:

Độ dài đoạn thẳng DE Gọi O là trung điểm của BC ⇒ O cố định Ta chứng minh được AEHD là hình chữ nhật (vì có 3 góc vuông) Ta có: DE = AH ≤ AO =

1 1 BC = 2a = a không đổi 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AH = AO ⇔ H ≡ O ⇔ ∆ABC vuông cân tại A

Cách 2: 2

Ta có: DE = AH

2

( HB + HC ) = HB.HC ≤ 4

2

2

BC 2 ( 2a ) = = = a2 4 4

Do đó: DE ≤ a 2 = a không đổi Dấu “=” xảy ra ⇔ HB = HC ⇔ ∆ABC vuông cân tại A. b) Diện tích tứ giác ADHE.

Cách 1: S AEHD = AE. AD

Ta có: AH 2 = AE. AB ⇒ AE = Do đó: S AEHD = Vậy: S AEHD =

AH 2 AH 2 .Tương tự AD = AB AC

AH 4 AH 4 AH 3 OA3 a 3 a 2 = = ≤ = = AB. AC AH .BC BC BC 2a 2

a2 lớn nhất ⇔ ∆ABC vuông cân tại A 2

Cách 2: S AEHD = 2 S AEH .Do đó: S AEHD lớn nhất ⇔ S AEH lớn nhất

Ta có: ∆AHE ∽ ∆CBA ( g.g ) Trang 91

2

S AO 2 BC 2 1 1  AH  ⇒ AHE =  ≤ = = ⇒ S AHE ≤ SCBA  2 2 SCBA  BC  BC 4 BC 4 4 ⇒ S AEHD ≤

1 1 1 1 AB 2 + AC 2 SCBA = . AB. AC ≤ . 2 2 2 4 2

1 BC 2 1 4a 2 a 2 = . = . = : không đổi 4 2 4 2 2 Dấu “=” xảy ra ⇔ AH = AO ⇔ H ≡ O ⇔ ∆ABC vuông cân tại A

Cách 3: Đặt BH =x, CH = y; BH + CH = x + y = BC = 2a Gọi S1;S2;S lần lượt là diện tích ∆EBH , ∆DHC , ∆ABC Ta có: ∆EBH ∽ ∆ABC và ∆DHC ∽ ∆ABC nên 2

2

2

1 S1 S2  x   y  x2 + y 2 ( x + y ) BC 2 + = + = ≥ = =    2 2 2 2.BC 2.BC 2 S S  BC   BC  BC S1 + S2 ≥

1 1 S ⇒ S − ( S1 + S 2 ) ≤ S − S 2 2

⇒ S AEHD ≤

a2 1 1 S = . AB. AC ≤ :không đổi 2 2 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ AB = AC và x = y ⇔ ∆ABC vuông cân tại A

Cách 4: Đặt BH = x, CH = y; BH + CH = x + y = BC = 2a Ta có: S AEHD = HE.HD = x.sin B. y sin C = xy.sin B.sin C = xy.sin B.cos B

( x + y) Mà: xy ≤ 4

Do đó: S AEHD ≤

2

=

4a 2 sin 2 B + cos 2 B 1 = a 2 sin B.cos B ≤ = 4 2 2

a2 :không đổi. Dấu “=” xảy ra ⇔ sin B = cos B và x = y 2

= 45° ⇔ ∆ABC vuông cân tại A ⇔ HB = HC và B Bài 7. Cho điểm A năm bên trong dải tạo bời hai đường thắng song song d và d ′ . Dựng điểm B thuộc d, điểm C thuộc d ′ sao cho tam giác ABC vuông tại A và có diện tích nhỏ nhất. HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 92

Cách 1: Gọi H, K là hình chiếu của A trên d, d ′

Đặt HB = x, KC = y. Cần tìm x,y để S ABC nhỏ nhất Ta có: 2.S ABC = AB. AC AB. AC nhỏ nhất ⇔ AB 2 . AC 2 nhỏ nhất

Ta có: AB 2 . AC 2 = ( a 2 + x 2 )( b 2 + y 2 ) (1) 2

Lại có ( a 2 + x 2 )( b 2 + y 2 ) ≥ ( ax + by ) ( 2 ) Dấu “=” xảy ra ⇔ ay = bx ( 3)

∆ABH ∽ ∆CAK ( g.g ) ⇒

AH BH a x = ⇒ = ⇔ ab = xy ( 4 ) CK AK y b

Từ (1), (2), (3) và (4) suy ra AB 2 . AC 2 ≥ 4a 2b 2 Dấu “=” xảy ra ⇔ xảy ra (3) , (4) tức là x = a, y = b

Cách 2: AB 2 . AC 2 = ( a 2 + x 2 )( b 2 + y 2 ) ≥ 2ax.2by ( 5 )

∆ABH ∽ ∆CAK ( g.g )

AH BH a x = ⇒ = ⇔ ab = xy ( 6 ) CK AK y b

Từ (5 và (6 suy ra: AB 2 . AC 2 = ( a 2 + x 2 )( b 2 + y 2 ) ≥ 2ax.2by = 4a 2b 2 Do đó: S ABC =

1 1 1 AB. AC = AB 2 . AC 2 ≥ 4a 2b 2 = ab không đổi 2 2 2 Trang 93

Dấu “=” xảy ra ⇔ x = a, y = b

Cách 3:

= Đặt HAB ACK = α . Ta có: AB =

a b nên ; AC = cos α sin α

1 a b ab . S ABC = . = (7) 2 cos α sin α 2sin α .cos α Ta có: 2sin α .cos α ≤ sin 2 α + cos 2 α = 1 ⇔

1 ≥ 1( 8 ) 2sin α .cos α

Từ (7) và (8) suy ra S ABC ≥ ab :không đổi Dấu “=” xảy ra ⇔ sin α = cos α ⇔ α = 45°

Bài 8. Tam giác ABC có diện tích S, góc A là góc nhỏ nhất của tam giác. Trên hai cạnh AB và AC lần lượt lấy hai điểm M và N sao cho tam giác AMN có diện tích S1 =

1 S . Tính độ dài nhỏ nhất của MN. 2

HƯỚNG DẪN GIẢI

Góc A là góc nhỏ nhất của ∆ABC nên A là góc nhọn.

1 Đặt A = α , AM = x, AN = y thì diện tích ∆AMN là S1 = xy.sin α 2 Vì S1 =

1 S có giá trị không đổi, α không đổi nên tích xy không đổi. 2

Ta có: MN 2 = x 2 + y 2 − 2 xy.cos α Mặt khác x 2 + y 2 ≥ 2 xy (Dấu “=” xảy ra khi x = y) Do đó MN 2 ≥ 2 xy − 2 xy.cos α = 2 xy (1 − cos α ) hay MN 2 ≥

2 xy sin α (1 − cos α ) sin α

=

4 S1 (1 − cos α ) sin α Trang 94

Nên MN 2 ≥

2 S (1 − cos α ) :không đổi sin α

Vậy giá trị nhỏ nhất của MN là

2 S (1 − cos α ) ⇔ AM = AN sin α

Bài 9. Cho điểm M nằm trên đoạn thẳng AB. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ tam giác AMC cân tại A, tam giác BMD cân tại B sao cho MC ⊥ MD . Cho biết MA = a, MB = b, tính diện tích lớn nhất của tam giác MCD.

HƯỚNG DẢN GIẢI

Vẽ AH ⊥ MC tại H, BK ⊥ MD tại K ta được:

MH =

1 1 MC ; MK = MD 2 2

= α ⇒ BMK =α Đặt MAH Ta có: MH = a.sin α ; MK = b.cos α Diện tích tam giác MCD là:

S=

1 1 sin 2 α + cos 2 α MC.MD = .2 MH .2 MK = 2 ⇔ ab sin α .cos α ≤ 2ab. = ab 2 2 2

S ≤ ab không đổi. Dấu “=’ xảy ra ⇔ sin α = cos α ⇔ α = 45°

= BMD = 45° Vậy tam giác MCD có giá trị có giá trị lớn nhất là a.b ⇔ MAH Bài 10. Cho hai đường tròn (O; R) và ( O; R′ ) tiếp xúc ngoài tại A ( R > R′ ) . Vẽ dây AM của đường tròn (O) và dây AN cùa đường tròn ( O′ ) sao cho AM ⊥ AN . Gọi BC là một tiếp tuyến chung ngoài của hai dường tròn (O) và

( O ′ ) vớ i

B ∈ ( O ) , C ∈ ( O′ ) .

a) Chứng minh rằng ba đường thẳng MN, BC,và OO′ đồng quy. b) Xác định vị trí của điểm M và N để tứ giác MNO′O có diện tích lớn nhất .Tính diện tích lớn nhất đó..

Trang 95

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Cách 1:

= 180° − 2 Ta có: O A1 1

(

)

′ = 2 A = 2 90° − O A1 = 180° − 2 A1 1 2 =O ′ ⇒ OM / / O′N Do đó: O 1 1

Gọi P là giao điểm của MN và OO′ Ta có:

PO′ O′N R′ = = PO OM R

Gọi P′ là giao điểm của BC và OO′ Vì OB / / O′C nên

P′O′ O′C R′ = = P′O OB R

Suy ra P′ trùng với P (vì cùng chỉ ngoài đoạn thẳng OO′ theo tỉ số

R′ ) R

b) Tứ giác MNO′O là hình thang, có diện tích

S=

S=

( OM + O′N ) .O′H 2

(H là hình chiếu của O′ trên OM)

( R + R′ ) R + R′ R + R′ .O′H ≤ .OO′ = 2 2 2

2

Dấu “=” xảy ra khi H ≡ O ⇔ OM ⊥ OO′ hoặc O′N ⊥ OO′ Vậy tứ giác MNO′O có diên tích lớn nhất là

( R + R′ )

2

2

⇔ OM ⊥ OO′ hoặc O′N ⊥ OO′

Cách 2:

Trang 96

Kẻ OK ⊥ MA tại K ⇒ AM = 2 AK Kẻ O′I ⊥ NA tại Q ⇒ AN = 2 AQ

= α ⇒ QO ′A = α Đặt KAO Ta có:

S = S AMN + SOAM + SO′AN = =

1 1 1 AM . AN + OK . AM + O′Q. AN 2 2 2

1 1 1 2 AK .2 AQ + OK .2 AK + O′Q.2 AQ = 2 AK . AQ + OK . AK + O′Q. AQ 2 2 2

= 2.R.cos α .R′.sin α + R.sin α .R.cos α + R′.cos α .R′.sin α = ( R 2 + 2 R.R′ + R′2 ) .sin α .cos α ≤

( R + R′ )

2

2

: không đổi ( vì sin α .cos α ≤

1 ) 2

Dấu “=” xảy ra ⇔ α = 45° ⇔ OM ⊥ OO′ hoặc O′N ⊥ OO′ Vậy tứ giác MNO′O có diện tích lớn nhất là

( R + R′ )

2

2

⇔ OM ⊥ OO′ hoặc O′N ⊥ OO′

Bài 11. Cho tam giác nhọn ABC, D là điểm thuộc BC. Cho biết AD = BC, chứng minh rằng: sin A ≥ sin B.sin C

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 97

Vẽ AH ⊥ BC tại H. Đặt BC = a, CA = b, AB = c, AH = h Gọi S là diện tích của ∆ABC Xét các tam giác ∆ABH và ∆ACH vuông tại H, ta có: h = AH = c.sin B = b.sin C ⇒ h 2 = bc.sin B.sin C

Ta có: AD ≥ AH (Dấu “=” xảy ra khi D ≡ H ) Suy ra: a ≥ h ⇔ ah ≥ h2 = b.c.sin B.sin C. (1)

1 Mặt khác: a.h = 2 S = 2. b.c.sin A = b.c.sin A ( 2 ) 2 Từ (1) và (2) suy ra: b.c.sin A ≥ b.c.sin B.sin C hay sin A ≥ sin B.sin C Dấu “=” xảy ra ⇔ D ≡ H

Bài 12. Cho tam giác ABC, hai đường trung tuyến BE, CF vuông góc với nhau. Chứng minh rằng cot B + cot C ≥

2 3

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 98

Cách 1: Gọi G là giao điểm của BE và CF. Tia AG cắt BC tai M Vẽ AH ⊥ BC ; GK ⊥ BC Xét ∆AMH có GK // AH, AM = 3GM nên AH = 3GK Ta có : cot B + cot C =

BH CH BC BC 2GM + = = = AH AH AH 3GK 3GK

Mặt khác GM ≥ GK nên cot B + cot C ≥

2GK 2 = 3GK 3

Dấu “=” xảy ra ⇔ ∆ABC cân

Cách 2:

cot B + cot C =

2GM 2 BH CH BC BC + = ≥ = = AH AH AH 3 AM 3GM 3

Dấu “=” xảy ra ⇔ ∆ABC cân

Bài 13. Cho tam giác ABC, BC = a, CA = b, AB = c. Chứng minh rằng: a) sin

A a ≤ 2 b+c

b) sin

A B C 1 .sin .sin ≤ 2 2 2 8 HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 99

a) Vẽ đường phân giác AD và vẽ BH ⊥ AD Ta có: ⇒

DB AB = DC AC

DB DC DB + DC a = = = AB AC AB + AC b + c

Xét ∆ABH vuông tại H, có

s in

A BH BD a = ≤ = 2 AB AB b + c b) Ta có: sin

A a a ≤ ≤ (BĐT Cô si) 2 b + c 2 bc

Chứng minh tương tự, ta có: sin Do đó: sin

B b b C c c ≤ ≤ ;sin ≤ ≤ 2 b + c 2 ac 2 a + b 2 ab

1 A B C a b c = .sin .sin ≤ . . 2 2 2 2 bc 2 ac 2 ab 8

Dấu “=” xảy ra ⇔ ∆ABC là tam giác đều

Bài 14. Tam giác ABC có diện tích S, các đường cao không nhỏ hơn 1cm. Chứng minh rằng: S ≥

3 3

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trang 100

≤B ≤ A ⇒ C = 60° ⇒ sin C ≤ 3 Giả sử C 2

Vẽ các đường cao AD và BE Xét ∆EBC vuông tại E, có BE= BC. sinC ⇒ BC =

2 BE BE 2 BE (vì BE ≥ 1 ) ≥ = ≥ sin C 3 3 3 2

Diện tích tam giác ABC là: S =

1 1 2 3 BC. AD ≥ . .1 = 2 2 3 3

Dấu “=” xảy ra ⇔ ∆ABC là tam giác đều.

Bài 15. a) Chứng minh rằng trong các tam giác ABC có diện tích S và có số đo góc A không đổi, tam giác có cạnh BC nhỏ nhất là tam giác cân tại A. b) Cho tam giác ABC. Dựng điểm M thuộc tia AB, điểm N thuộc tia AC sao cho S AMN =

1 S ABC và 2

MN có độ dài nhỏ nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI

a) Gọi ABC là tam giác cân tại A.

∗

Xét ∆ADE bất kì có góc DAE trung với góc BAC và S ADE = S ABC

Giả sử D thuộc cạnh AC thì E phải thuộc tia đối của tia BA. Ta sẽ chứng minh rằng BC < DE. Thật vậy, do S ADE = S ABC nên trừ đi suy ra CE // BD.

Trang 101

Kẻ thêm điểm K sao cho EBDK là hình thang cân đáy BD.

= DBE ,Dx cắt EC tại K) (Cách vẽ: trên nửa mặt phẳng chứa E có bờ BD vẽ tia Dx sao cho BDx Do đó: BK = DE (1)

>B , suy ra BDC < DBE , do đó BDC < BDK vì thế C nằm giữa E và K. Ta có: AB > AD nên D 1 1

> CBE > 90° nên BK > BC (2) Ta có: BCK Từ (1) và (2) suy ra BC < DE

Lưu ý: Cách giải khác Xét tam giác ABC có diện tích S và có số đo góc A không đổi. Đặt AC = b, AB = c. Gọi c′ là hình chiếu của cạnh AB trên cạnh AC. Xét ba trường hợp:

− Trường hợp A = a < 90° Ta có:

BC 2 = b 2 + c 2 − 2bc′ = b 2 + c 2 − 2bc.cos α 2

= ( b − c ) + 2bc. (1 − cos α ) Do 1 − cos α không đổi (vì bc =

2S ) sin α

nên BC nhỏ nhất ⇔ b = c

− Trường hợp A > 90° . Đặt α = 180° − A Ta có: BC 2 = b 2 + c 2 + 2bc′ 2

= b 2 + c 2 + 2bc.cos α = ( b − c ) + 2bc. (1 + cos α ) Do 1 + cos α không đổi (vì bc =

2S )nên BC nhỏ nhất ⇔ b = c sin α

− Trường hợp A = 90° 2

Ta có: BC 2 = b 2 + c 2 = b 2 + c 2 = ( b − c ) + 2bc Do bc = 2S không đổi nên BC nhỏ nhất ⇔ b = c Trang 102

Vậy trong các trường hợp các tam giác ABC có diện tích S và có số đo góc A không đổi, tam giác có cạnh BC nhỏ nhất là tam giác cân tại A.

không đổi, cùng có diện tích bằng 1 S b) Xét các tam giác MAN có MAN ABC nên tam giác có MN 2 nhỏ nhất là tam giác cân tại A (theo câu a) Ta dựng các điểm M, N sao cho AM = AN và S AMN =

1 S ABC bằng phương pháp đại số. 2

Đặt AB = c, AC = b, AM = AN = x. Ta có: S AMN = nên

1 2 1 x .sin α ; S AMN = S ABC 2 2

x2 1 c c = ⇔ x 2 = b. ; x là trung bình nhân của và b. bc 2 2 2

Cách dựng được thể hiện trên hình vẽ.

Bài 16. Cho hai đường tròn ( O ) và ( O′ ) tiếp xúc ngoài tại A. Qua A dựng hai tia vuông góc với nhau sao cho chúng cắt các đường tròn ( O ) và ( O′ ) theo thứ tự tại B và C tạo thành tam giác ABC có diện tích lớn nhất.

HƯỚNG DẪN GIẢI.

Kẻ OD ⊥ AB, O′E ⊥ AC . Ta có

S ABC =

1 1 AB. AC = .2 AD.2 AE = 2 AD. AE 2 2

′AE = α (α < 90° ) AOD = O Đặt OA = R, O′A = r , Ta có: AD = R.sin α ; AE = r.cos α Do đó: S ABC = Rr.2sin α .cos α (1) Áp dụng bất đẳng thức 2ab ≤ a 2 + b 2 Trang 103

với a = sin α ; b = cos α ta được: 2sin α .cos α ≤ sin 2 α + cos 2 α = 1( 2 ) Từ (1) và (2) suy ra S ABC ≤ Rr Dấu “=” xảy ra ⇔ sin α = cos α ⇔ α = 45°

=O ′AC = 45° , B và C nằm cung phía đối với OO′ . Bài toán có Các dây AB, AC phải dựng sao cho OAB hai nghiệm hình.

Trang 104

Chương III QUAN HỆ GIỮA CÁC YẾU TỐ TRONG TAM GIÁC. CÁC ĐƯỜNG ĐỒNG QUY CỦA TAM GIÁC Chuyên đề 15. QUAN HỆ GIỮA GÓC VÀ CẠNH ĐỐI DIỆN TRONG MỘT TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ •

Định lí 1. Trong một tam giác:

– Góc đối diện với cạnh lớn hơn là góc lớn hơn. – Đảo lại, cạnh đối diện với góc lớn hơn là cạnh lớn hơn. Trong hình 15.1:

∆ABC > C. AC > AB ⇔ B Suy ra, trong một tam giác: – Góc đối diện với cạnh nhỏ nhất là góc nhọn; – Cạnh đối diện với góc tù (hoặc góc vuông) là cạnh lớn nhất. •

Định lí 2. Hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau

– Nếu cạnh thứ ba không bằng nhau thì góc đối diện với cạnh lớn hơn là góc lớn hơn. – Đảo lại, nếu hai góc xen giữa không bằng nhau thì cạnh đối diện với góc lớn hơn là cạnh lớn hơn. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Chứng minh rằng nếu một tam giác vuông có một góc nhọn lớn hơn 30o thì cạnh đối diện với góc ấy lớn hơn một nửa cạnh huyền. Giải (h.15.2) * Tìm cách giải. 1 Giả sử tam giác ABC vuông tại A, ABC > 30o , ta phải chứng minh AC > BC. Muốn vậy, phải chứng 2

minh 2 AC > BC. Ta tạo ra đoạn thẳng 2AC bằng cách lấy điểm D trên tia đối của tia AC sao cho AD = AC. Khi đó, xét ∆BDC chỉ cần chứng minh DC > BC . * Trình bày lời giải. Trên tia đối của tia AC lấy điểm D sao cho AD = AC. ∆ABD = ∆ABC (c.g.c) ⇒ BD = BC và

> 60o . ABD = ABC > 30o . Suy ra DBC

∆BCD cân có góc ở đỉnh lớn hơn 60o nên các góc ở đáy nhỏ hơn 60o . Trang 1

>D nên CD > BC (quan hệ giữa cạnh và góc đối diện). Xét ∆DBC có DBC Do đó 2 AC > BC hay AC >

1 BC. 2

< 45o . Vẽ đường cao AH. Hãy > 45o ; C Ví dụ 2: Tam giác ABC có góc B, góc C là những góc nhọn, B so sánh HA, HB, HC. Giải (h.15.3) * Tìm cách giải. Ta thấy HA, HB, HC không phải là ba cạnh của một tam giác. HA và HB là hai cạnh của tam giác HAB còn HA và HC là hai cạnh của tam giác HAC. Vì vậy ta dùng HA làm trung gian để so sánh HA, HB, HC. * Trình bày lời giải. = 90o ; B > 45o nên Xét ∆ABH có H A1 < 45o .

⇒ HB < HA (1) (quan hệ giữa góc và cạnh đối diện). Vậy A1 < B

= 90o ;C < 45o nên Xét ∆ACH có H A2 > 45o .

<A ⇒ HA < HC ( 2 ) (quan hệ giữa góc và cạnh đối diện). Vậy C 2 Từ (1) và (2) suy ra HB < HA < HC.

Ví dụ 3: Cho hai đoạn thẳng AB và CD cắt nhau tại trung điểm O của AB. Chứng minh rằng nếu

AC > BC thì BD > AD. Giải (h.15.4) * Tìm cách giải.

∆BDO và ∆ADO có hai cặp cạnh bằng nhau, do đó để chứng minh BD > AD ta cần chứng minh > BOD AOD. * Trình bày lời giải.

∆AOC và ∆BOC có OA=OB; OC chung; AC > BC (định lí 2). AOC > BOC suy ra > Do đó BOD AOD.

∆BOD và ∆AOD có OB = OA, OD chung, > BOD AOD. suy ra BD > AD (định lí 2).

Trang 2

> 90o và AB = 1 AC. Hãy sắp xếp ba cạnh của tam giác theo thứ tự tăng Ví dụ 4: Tam giác ABC có B 2 dần.

Giải (h.15.5) * Tìm cách giải. Vì góc B là góc tù nên cạnh AC là cạnh lớn nhất. Khai thác điều kiện AB =

1 AC ta làm xuất hiện yếu tố 2

1 AC bằng cách vẽ trung điểm M của AC. Khi đó AB 2 và BC là hai cạnh của hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau, do đó ta có thể dùng định lí 2. * Trình bày lời giải.

> 90o nên cạnh AC là cạnh lớn nhất, do đó BC < AC (1) Xét ∆ABC có B  1  =M < 90o , do Gọi M là trung điểm của AC. Xét ∆ABM có AB = AM  = AC  nên ∆ABM cân ⇒ B 1 1  2 

> 90o . Vậy M <M . đó M 1 2 2 <M nên AB < BC (2) ∆AMB và ∆CMB có: MA = MC, MB chung và M 1 2 Từ (1) và (2) suy ra AB < BC < CA.

C. Bài tập vận dụng •

Quan hệ giữa cạnh và góc đối diện trong một tam giác

15.1. Cho tam giác ABC cân tại A. Gọi M là một điểm trên đường thẳng BC. Hãy so sánh AM với AB. 15.2. Cho tam giác ABC, tia phân giác của góc A cắt BC tại D. Cho biết góc ADB là góc nhọn, hãy so sánh AB và AC.

15.3. Tam giác ABC có AB < AC. Trên cạnh AB lấy điểm M ( M ≠ B ) . Trên nửa mặt phẳng bờ AB không chứa C vẽ tia Mx//AC và trên tia này lấy điểm N sao cho MN = MB. Chứng minh rằng BC < NC.

= OCA = 15o . = 75o . Trong tam giác lấy điểm O sao cho OAC 15.4. Cho tam giác ABC, A = 60o ; B Chứng minh rằng OA ⊥ OB.

15.5.

Cho

tam

giác

ABC.

Vẽ

AH ⊥ BC ( H ∈ BC )

và

BK ⊥ AC ( K ∈ AC ) .

Biết

rằng

AH ≥ BC; BK ≥ AC. Tính số đo các góc của tam giác ABC. 15.6. Trong tam giác ABC có AB < AC. Tia phân giác của góc A cắt BC tại D. Gọi M là một điểm trên đoạn thẳng AD. Hãy so sánh MB với MC.

= EAF = FAC. Chứng minh rằng 15.7. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên BC lấy E và F sao cho BAE đoạn thẳng EF có độ dài nhỏ nhất trong ba đoạn thẳng BE, EF và FC. Trang 3

15.8. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên BC lấy M và N sao cho BM = MN = NC .Chứng minh rằng góc ,MAN và NAC. MAN là góc lớn nhất trong ba góc BAM

15.9. Chứng minh rằng nếu một tam giác có một góc lớn hơn 60o thì cạnh đối diện với góc ấy lớn hơn trung bình cộng của hai cạnh còn lại.

> 105o . 15.10. Cho tam giác ABC vuông cân tại B. Gọi M là một điểm nằm trong tam giác sao cho BMC Chứng minh rằng MA >

•

MB + MC . 2

Hai tam giác có hai cạnh bằng nhau

15.11. Tam giác ABC có AB < AC . Trên tia đối của tia BA lấy điểm E ( E ≠ B ) , trên tia đối của tia CA

> DFE. lấy điểm F ( F ≠ C ) sao cho BE = CF . Gọi D là trung điểm của BC. Chứng minh rằng DEF 15.12. Cho tam giác ABC cân tại A. Gọi M là một điểm nằm trong tam giác sao cho ABM < ACM . Hãy so sánh các góc AMB và AMC.

15.13. Cho tam giác ABC cân tại A. Lấy điểm M nằm giữa A và B. Gọi O là trung điểm của CM. Tia AO cắt BC tại D. Chứng minh rằng BD > CD.

Tia AM cắt 15.14. Cho tam giác ABC cân tại A. Lấy điểm M nằm trong tam giác sao cho AMB > AMC. BC tại D. Chứng minh rằng BD < CD.

15.15. Cho tam giác ABC, AB < AC. Gọi M là trung điểm của BC. Lấy điểm D nằm giữa A và C sao cho AMD ≥ 90o . Chứng minh rằng MD < MB. A = 60o , tổng AB + AC = 10cm. 15.16. Cho tam giác ABC,

Tìm giá trị nhỏ nhất của chu vi tam giác ABC.

Hướng dẫn giải 15.1. •

Trường hợp M ≡ B hoặc M ≡ C : Khi đó AM = AB.

•

Trường hợp M nằm giữa B và C (h.15.6) Ta có AMB > ACB (tính chất góc ngoài của tam giác).

(vì Do đó AMB > ABC ACB = ABC ). Xét ∆ABM có ABM < AMB. Suy ra AM < AB (quan hệ giữa góc và cạnh đối diện).

Trang 4

•

Trường hợp M ∈ tia Bx là tia đối của tia BC và M ≠ B (h.15.7) Ta có ABC = ACB < 90o (tính chất của tam giác cân). Do đó ABM > 90o.

ABM là góc tù nên AM là cạnh lớn nhất. Xét ∆ABM có Vậy AM > AB. Chứng minh tương tự, nếu M ∈ tia Cy là tia đối của tia CB và M ≠ C thì AM > AB.

15.2. (h.15.8) Góc ADB là góc nhọn nên góc ADC là góc tù.

<D A1 = A2 ; D ∆ABD và ∆ACD có 1 2 >C . nên B >C ⇒ AC > AB (định lí 1). ∆ABC có B

15.3. (h.15.9)

= Ta có MN //AC ⇒ MNC ACN (so le trong). < Mặt khác, ACN < ACB nên MNC ACB.

∆ABC có AB < AC nên ACB < ABC. < ABC . (3) Từ (1) và (2), suy ra MNC = MBN . ( 4 ) Tam giác MNB cân ⇒ MNB

+ MNB < . Từ (3) và (4), suy ra MNC ABC + MBN < NBC ⇒ BC < NC (định lí 1). Do đó BNC Trang 5

15.4. (h.15.10)

(

)

+ Ta có ACB = 180o − BAC ABC = 180o − 60o + 75o = 45o.

(

)

= 15o (giả thiết) nên Mặt khác, A1 = C 1 = 45o − 15o = 30o. A2 = 60o − 15o = 45o , C 2 Giả sử OA và OB không vuông góc với nhau, Tức là AOB ≠ 90o.

•

Xét trường hợp AOB < 90o Ta có

(

)

(

)

= 180o − B AOB + A2 = 180o − AOB + 45o > 45o. 2 > Vậy B A2 ⇒ OA > OB (định lí 1). 2 >C (định lí 1). Mặt khác, ∆AOC cân nên OA = OC suy ra OC > OB ⇒ B 1 2 +B > = 45o + 30o hay Từ đó ta được B A2 + C ABC > 75o (trái giả thiết). 2 1 2 •

Xét trường hợp AOB > 90o , chứng minh tương tự ta được ABC < 75o (trái giả thiết). Vậy AOB = 90o ⇒ OA ⊥ OB.

15.5. (h.15.11) Xét ∆AHC vuông tại H, ∆BKC vuông tại K, Ta có: AH ≤ AC ; BK ≤ BC

(1)

Mặt khác BC ≤ AH ; AC ≤ BK (giả thiết). (2) Từ (1) và (2), suy ra BC ≤ AH ≤ AC ≤ BK ≤ BC. Do đó BC = AH = AC = BK . Vậy ∆ ABC phải là tam giác vuông cân tại C.

= 90o , = 45o. A=B Suy ra C 15.6. (h.15.12) Trên cạnh AC lấy điểm E sao cho AE = AB. Vì AE < AC nên điểm E nằm giữa A và C.

∆ABM = ∆AEM ( c.g.c ) =M . ⇒ MB = ME và M 2 1

là góc ngoài nên MEC >M Xét ∆AME có MEC 1 >M ; M >D ; D > . ACD; ACD > ECM Do đó MEC 2 2 1 1 Trang 6

> ECM ⇒ MC > ME (định lí 1). Xét ∆MEC có MEC Do đó MC > MB (vì MB = ME ).

15.7. (h.15.13)

∆ABE = ∆ACF ( c.g.c )

⇒ AE = AF và BE = CF .

(1)

= 90o. ∆AEF cân ⇒ AEF < 90o ⇒ AEB > 90o nên AB > AE. Xét ∆AEB có AEB Trên cạnh AB lấy điểm D sao cho AD = AE.

∆ADE = ∆AFE ( c.g.c ) ⇒ ED = EF . là góc tù. ADE là góc nhọn ⇒ BDE ∆ADE cân ⇒

là góc tù ⇒ BE là cạnh lớn nhất. Xét ∆BDE có BDE Do đó BE > DE ⇒ BE > EF .

(2)

Từ (1) và (2) suy ra EF có độ dài nhỏ nhất trong ba đoạn thẳng BE, EF và FC.

15.8. (h.15.14) Trên tia đối của tia MA lấy điểm D sao cho MD = MA. =D và AN = BD. ∆AMN = ∆DMB ( c.g.c ) ⇒ A 2

. Ta có ANC > ABC ⇒ ANC > C Do đó AC > AN (định lí 1). Suy ra

> AB > BD ⇒ D A1 ⇒ A2 > A1. Dễ thấy A1 = A3 do đó A2 là góc lớn nhất trong ba góc A1 , A2 , A3 .

15.9. (h.15.15) AB + BC Giả sử tam giác ABC có ABC > 60o , ta phải chứng minh AC > . 2 Trên tia đối của tia BC lấy điểm D sao cho BD = BA. Vẽ CH ⊥ AD.

⇒D = ABC . Tam giác ABD cân tại B ⇒ ABC = 2 D 2

Trang 7

> 30o. Vì ABC > 60o nên D Xét ∆HCD vuông tại H,

> 30o nên CH > 1 CD có D 2 (xem ví dụ 1). Mặt khác AC ≥ CH nên 1 1 1 AC > CD = ( DB + BC ) = ( AB + BC ) . 2 2 2

15.10. (h.15.16) Trên nửa mặt phẳng bờ MB không chứa C, vẽ tam giác BDM vuông cân tại B.

∆ABD = ∆CBM ( c.g.c ) > 105o. ⇒ AD = CM và ADB = BMC = 45o ∆BDM vuông cân tại B ⇒ BDM ⇒ ADM > 60o. Xét ∆ADM có ADM > 60o nên

MA >

AD + DM (xem bài 15.9). 2

Mặt khác, DM > MB (vì ∆BDM vuông) suy ra MA >

MC + MB . 2

15.11. (h.15.17)

∆ABC có AB < AC ⇒ ACB < ABC . > EBC . Do đó FCB

∆FCD và ∆EBD có: > EBC CF = BE , CD = BD và FCB nên DF > DE (định lí 2).

> DFE (định lí 1). Xét ∆DEF có DF > DE nên DEF

15.12. (h.15.18)

Trang 8

Tam giác ABC cân tại A ⇒ ABC = ACB.

<C (giả thiết) ⇒ B >C Ta có B 1 1 2 2

⇒ MC > MB (định lí 1). Xét ∆ABM và ∆ACM có: AB = AC ; AM chung; MB < MC

< MAC (định lí 2). ⇒ MAB

<C nên MAB +B < MAC +C . Mặt khác B 1 1 1 1 >M . Do đó M 1 2 15.13. (h.15.19) Trên tia đối của tia OA lấy điểm N sao cho ON = OA.

. ∆AMO = ∆NCO ( c.g.c ) ⇒ AM = NC và A1 = N 1 Ta có AB > AM ⇒ AC > NC.

>A ⇒ . A1 > A Xét ∆ACN có AC > NC ⇒ N 1 2 2 A1 > A ∆ABD và ∆ACD có: AB = AC ; AD chung và 2 nên BD > CD (định lí 2).

15.14. (h.15.20) Trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa B, vẽ tia Ax sao

x = BAM . cho CA Trên tia Ax lấy điểm N sao cho AN = AM .

∆AMB = ∆ANC ( c.g.c ) ⇒ BM = CN và AMB = ANC . ANC > AMC. (1) AMB > AMC nên Mặt khác,

∆AMN cân tại A nên ANM = AMN . (2) > NMC Từ (1) và (2), suy ra MNC

⇒ MC > NC.

∆AMC và ∆ANC có: AM = AN , AC chung và MC > NC Trang 9

> NAC (định lí 2) do đó MAC > MAB . nên MAC > DAB nên DC > DB (định lí 2). ∆DAC và ∆DAB có AC = AB, AD chung, DAC 15.15. (h.15.21) ∆AMB và ∆AMC có: MB = MC ; MA chung và AB < AC

là góc nhọn nên AMB < AMC (định lí 2) ⇒ M 2 < AMD. ⇒M 2 Theo tính chất góc ngoài của tam giác ta có:

>M . MDC 1

>M ; M >C nên MDC >C . Mặt khác, M 1 2 2 >C ⇒ MC > MD (định lí 1). Xét ∆MDC có MDC Lại do MC = MB nên MB > MD hay MD < MB.

15.16. •

Xét trường hợp AB = AC

∆ABC là tam giác cân, có A = 60o nên là tam giác đều. Suy ra AB = BC = CA = 5cm. Chu vi tam giác ABC là 5 × 3 = 15 (cm). (1)

•

Xét trường hợp AB ≠ AC Không mất tính tổng quát, giả sử AB < AC (h.15.22). Trên các tia AB, AC lần lượt lấy các điểm M và N sao cho AM = AN = 5cm. Khi đó ∆AMN là tam giác đều ⇒ MN = 5cm. Vì AM + AN = AB + AC (= 10 cm) nên

AB + BM + AN = AB + AN + CN ⇒ BM = CN .

> BMN ; BMN = (tính chất góc ngoài của tam giác) suy ra ANM ; ANM > NCM Ta có BMC > NCM . BMC > NCM suy ra BC > MN (định lí 2). ∆BMC và ∆NCM có: BM = CN , MC chung và BMC Chu vi ∆ABC = AB + BC + CA = 10 + BC > 10 + MN = 15 (cm).

(2)

Từ (1) và (2), suy ra chu vi ∆ABC nhỏ nhất là 15cm, khi AB = AC = 5cm.

Trang 10

Chuyên đề 16. QUAN HỆ GIỮA ĐƯỜNG VUÔNG GÓC VÀ ĐƯỜNG XIÊN, ĐƯỜNG XIÊN VÀ HÌNH CHIẾU A. Kiến thức cần nhớ

•

Khái niệm: Trong hình 16.1

-

Điểm H gọi là hình chiếu của A trên đường thẳng d.

-

Đoạn thẳng AH gọi là đường vuông góc, đoạn thẳng AB gọi là đường xiên.

-

Đoạn thẳng HB gọi là hình chiếu của đường xiên AB trên đường thẳng d.

•

Định lí 1. Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm ở ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó, đường vuông góc là đường ngắn nhất. Trong hình 16.1 ta có AH < AB. Bổ sung: Trong hình 16.2: A ∉ d ; M ∈ d ; AH ⊥ d . Ta có AM ≥ AH (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ H ).

•

Định lí 2. Trong hai đường xiên kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó:

-

Đường xiên nào có hình chiếu lớn hơn thì lớn hơn;

-

Đường xiên nào lớn hơn thì có hình chiếu lớn hơn;

-

Nếu hai đường xiên bằng nhau thì hai hình chiếu bằng nhau. Ngược lại, nếu hai hình chiếu bằng nhau thì hai

đường xiên bằng nhau. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho hai đoạn thẳng AB và CD song song và bằng nhau. Một đường thẳng xy không song song, không vuông góc với hai đoạn thẳng đó. Hãy so sánh các hình chiếu của AB và CD trên đường thẳng xy.

Giải (h.16.3) * Tìm cách giải. Muốn có hình chiếu của AB và CD trên xy, ta vẽ AA′, BB′, CC ′, DD′ cùng vuông góc với xy. Ta phải

chứng minh A′B′ = C ′D′. Muốn vậy ta tạo ra hai tam giác bằng nhau bằng cách vẽ đường phụ. * Trình bày lời giải. Vẽ AA′ ⊥ xy, BB′ ⊥ xy, CC ′ ⊥ xy, DD′ ⊥ xy. Khi đó A′B′ và C ′D′ lần lượt là hình chiếu của AB và CD trên xy.

Trang 1

Vẽ A′M / / AB, C ′N / / CD theo tính chất đoạn chắn song song ta có A′M = AB; C ′N = CD. Mặt khác do AB = CD nên A′M = C ′N .

=N (hai góc có cạnh tương ứng song song ′ = D ′ ( = 90o ) ; A′M = C ′N và M ∆MA′B′ và ∆NC ′D′ có: B cùng nhọn). Do đó ∆MA′B′ = ∆NC ′D′ (cạnh huyền, góc nhọn). Suy ra A′B′ = C ′D′.

Ví dụ 2: Cho tam giác ABC vuông cân tại A,

BC = a 2. Trên các cạnh AB, BC, CA

lần lượt lấy các điểm D, M, E. Chứng minh rằng MD + ME ≥ a.

Giải (h.16.4) * Tìm cách giải. Ta thấy giữa các độ dài a và a 2 có sự liên hệ với

nhau: a 2 là độ dài cạnh huyền của một tam giác vuông cân còn a là độ dài của cạnh góc vuông. Ta phải chứng minh MD + ME ≥ AB. Vì MD, ME là các đường xiên vẽ từ M đến các cạnh góc vuông AB, AC nên ta vẽ thêm các đường vuông góc từ M đến AB, AC để có thể dùng định lí về mối quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên. * Trình bày lời giải.

(

Ta có: AB 2 + AC 2 = BC 2 ⇒ 2 AB 2 = a 2

)

2

⇒ AB = a.

Vẽ MH ⊥ AB; MK ⊥ AC , khi đó MH ∥ AC ; MK ∥ AB suy ra MK = AH (tính chất đoạn chắn song song).

∆HBM vuông cân ⇒ MH = BH . Ta có MD ≥ MH ; ME ≥ MK (dấu “=” ⇔ D ≡ H ; E ≡ K ) (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên). Do đó:

MD + ME ≥ MH + MK = BH + AH = AB = a.

Ví dụ 3: Cho tam giác ABC vuông tại A, AB < AC. Đường trung trực của BC cắt BC tại M, cắt AC tại N. Lấy điểm K trên đoạn thẳng CN. Hãy so sánh BK và CN.

Giải (h.16.5) * Tìm cách giải. Ta có thể dễ dàng so sánh các đường xiên BK và BN nhờ so sánh các hình chiếu của chúng. Vậy chỉ còn phải so sánh BN với CN mà thôi. * Trình bày lời giải. Ta có BK và BN là các đường xiên vẽ từ B tới đường thẳng Trang 2

AC, còn AK và AN là các hình chiếu của chúng trên AC. Vì AK > AN nên BK > BN (quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu) (1) Mặt khác, MN ⊥ BC và MB = MC nên NB = NC.

(2)

Từ (1) và (2), suy ra: BK > NC.

C. Bài tập vận dụng •

Đường vuông góc và đường xiên

16.1. Cho tam giác ABC. Vẽ AD ⊥ BC , BE ⊥ AC , CF ⊥ AB ( D ∈ BC , E ∈ AC , F ∈ AB ) . Chứng minh rằng tổng AD + BE + CF nhỏ hơn chu vi tam giác ABC.

16.2. Cho tam giác ABC, góc A tù. Qua A vẽ đường thẳng d cắt cạnh BC tại O. Chứng minh rằng tổng các khoảng cách từ B và từ C đến đường thẳng d luôn nhỏ hơn hoặc bằng BC.

16.3. Cho tam giác ABC vuông tại A. Gọi M là trung điểm của AC. Chứng minh rằng trung bình cộng các hình chiếu của AB và BC trên đường thẳng BM thì lớn hơn AB.

16.4. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Qua A vẽ đường thẳng xy không cắt cạnh BC. Gọi D và E thứ tự là hình chiếu của B và C trên xy. Xác định vị trí của xy để BD + CE = BC.

16.5. Cho tam giác ABC và một điểm M ở trong tam giác. Biết đường trung trực của CM đi qua A. Hãy so sánh AB và AC.

16.6. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên các tia đối của BA và CA lần lượt lấy các điểm M và N sao cho BM = CN . Chứng minh rằng: a) BN >

MN + BC ; 2

b) BM >

MN − BC . 2

= 90o. Qua M vẽ một 16.7. Cho đoạn thẳng BC = 5cm và trung điểm M của nó. Vẽ điểm A sao cho BAC đường thẳng vuông góc với AM cắt các tia AB, AC lần lượt tại E và F. Xác định vị trí của điểm A để EF có độ dài ngắn nhất. Tính độ dài ngắn nhất đó. •

Đường xiên và hình chiếu

16.8. Cho tam giác ABC vuông tại A. Vẽ AH ⊥ BC ( H ∈ BC ) .

< CAH . Hãy so sánh HB với HC. Cho biết BAH <C < 90o. Chứng minh rằng với mọi vị trí của điểm M nằm giữa B và C ta 16.9. Cho tam giác ABC, B luôn có AM < AB.

16.10. Cho tam giác ABC vuông tại A, AB = 5, AC = 12. Vẽ AH ⊥ BC. Gọi M là một điểm trên đoạn thẳng AH. Chứng minh rằng: 13 ≤ MB + MC ≤ 17. Trang 3

16.11. Cho tam giác ABC. Vẽ AH ⊥ BC (H nằm giữa B và C). Lấy điểm M nằm trên AH. Gọi D và E lần lượt là hình chiếu của M trên AB và AC. Chứng minh rằng nếu BD = CE thì tam giác ABC là tam giác cân.

Hướng dẫn giải 16.1. (h.16.6)

= 90o ). Vì AD ⊥ BC nên AD ≤ AB (dấu “=” xảy ra ⇔ ABC Vì BE ⊥ AC nên BE ≤ BC (dấu “=” xảy ra ⇔ ACB = 90o ).

= 90o ). Vì CF ⊥ AB nên CF ≤ CA (dấu “=” xảy ra ⇔ BAC Do các dấu “=” không thể xảy ra đồng thời nên

AD + BE + CF < AB + BC + CA = chu vi ∆ABC.

16.2. (h.16.7) Vẽ BH ⊥ d ; CK ⊥ d . Theo quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên ta có

BH ≤ BO; CK ≤ CO. Do đó BH + CK ≤ BO + CO = BC. Dấu “=” xảy ra ⇔ H ≡ O và K ≡ O ⇔ d ⊥ BC. Vì góc A tù nên d luôn cắt BC.

16.3. (h.16.8) Vẽ AH ⊥ BM , CK ⊥ BM thì BH và CK lần lượt là hình chiếu của AB và BC trên đường thẳng BM. Ta có ∆HAM = ∆KCM (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ MH = MK .

Ta có AB < BM (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên). Do đó AB < BH + HM .

(1)

Mặt khác cũng do AB < BM nên AB < BK − MK .

(2)

Từ (1) và (2), suy ra 2AB < ( BH + HM ) + ( BK − MK ) . Lại do MH = MK nên 2 AB < BH + BK hay AB <

BH + BK . 2

16.4. (h.16.9) Trang 4

=E ( = 90o ) , AB = AC , ∆ABD và ∆CAE có: D ABD = CAE (cùng phụ với góc BAD). Do đó ∆ABD = ∆CAE (cạnh huyền, góc nhọn). Suy ra

BD = AE và AD = CE. Ta có BD + CE = AE + AD = DE. Vẽ BH ⊥ CE thì DE = BH (tính chất đoạn chắn song song). Vì BH ≤ BC (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên) nên DE ≤ BC (dấu “=” xảy ra ⇔ C ≡ H hay xy //BC ). Vậy khi xy //BC thì BD + CE = BC.

16.5. (h.16.10) Gọi N là giao điểm của AB và tia CM. Vì M nằm trong tam giác ABC nên tia CM cắt cạnh AB tại

điểm N nằm giữa A và B, do đó AB > AN . (1) Theo quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên, từ

HN > HM suy ra AN > AM . (2) Từ (1) và (2), ta có AB > AM . Mặt khác AM = AC (vì HM = HC ) nên AB > AC.

16.6. (h.16.11) a) Ta có AB = AC , BM = CN ⇒ AM = AN .

∆ABC và ∆AMN cân tại A A 180o − ⇒ ABC = AMN = 2

⇒ BC // MN (vì có cặp góc đồng vị bằng nhau). Vẽ AH ⊥ BC thì AH ⊥ MN (tại K). Ta có BH =

1 1 BC ; KN = MN . 2 2

Gọi O là giao điểm của BN với AK. Theo quan hệ giữa

đường vuông góc và đường xiên ta có:

BO > BH =

1 1 BC ; ON > KN = MN . 2 2

Do BN = BO + ON nên BN >

BC MN MN + BC . + = 2 2 2

b) Vẽ BI ⊥ MN ⇒ BI // HK . Do đó IK = BH (tính chất đoạn chắn song song). Trang 5

Ta có MI = MK − IK =

MN − BC 1 1 . MN − BC = 2 2 2

Mặt khác BM > MI nên BM >

MN − BC . 2

16.7. (h.16.12) Gọi N là trung điểm của EF. Các tam giác ABC và AEF là những tam giác vuông, M và N là trung điểm của cạnh huyền nên AM =

1 1 BC , AN = EF . (1) 2 2

Suy ra BC = 2 AM ; EF = 2 AN . Theo quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên ta có AN ≥ AM . (2) Từ (1) và (2), suy ra EF ≥ BC = 5cm.

Để xác định khi nào dấu “=” xảy ra, ta gọi H là giao điểm của AN với BC. Ta có AH ⊥ BC (bạn đọc tự chứng minh). Ta có EF = BC ⇔ AN = AM ⇔ N ≡ M ⇔ H ≡ M . Khi đó tam giác ABC có MB = MC , AM ⊥ BC (vì M ≡ H ) nên là tam giác vuông cân. Do đó độ dài ngắn nhất của EF là 5cm khi và chỉ khi A là đỉnh của một tam giác vuông cân có cạnh huyền là BC.

16.8. (h.16.13) = ); B = ) A1 (cùng phụ với B A2 (cùng phụ với C Ta có C (giả thiết) nên C <B . mà A1 < A 2

<B nên AB < AC (quan hệ giữa cạnh và góc Xét ∆ABC có C đối diện trong tam giác). Suy ra HB < HC (quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu). 16.9. (h.16.14) Vẽ AH ⊥ BC. Vì các góc B và C nhọn nên H nằm giữa B và C.

<C ⇒ AC < AB (quan hệ giữa cạnh và góc đối diện Ta có B trong tam giác). •

Nếu M ≡ H thì AM < AB (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên).

•

Nếu M nằm giữa B và H thì HM < HB Trang 6

⇒ AM < AB (quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu). •

Nếu M nằm giữa H và C (h.16.15) Ta có HM < HC

⇒ AM < AC (quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu) mà AC < AB nên AM < AB.

16.10. (h.16.16) Theo định lí Py-ta-go ta có: BC 2 = AB 2 + AC 2 = 52 + 12 2 = 169

⇒ BC = 13. Ta có BM ≥ BH (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ H ); CM ≥ CH (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ H ).

Do đó BM + CM ≥ BH + CH = 13 (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ H).

(1)

Ta có HM ≤ HA nên BM ≤ BA (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ A ). Tương tự CM ≤ CA (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ A ). Do đó BM + CM ≤ BA + CA = 5 + 12 = 17 (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ A ).

(2)

Từ (1) và (2), suy ra 13 ≤ MB + MC ≤ 17.

16.11. (h.16.17) •

Giả sử AB < AC , theo quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu ta có HB < HC , do đó MB < MC. Từ điều kiện AB < AC và BD = CE suy ra AD < AE. Theo định lí Py-ta-go, ta có: MD 2 = AM 2 − AD 2 ; ME 2 = AM 2 − AE 2

do đó MD 2 > ME 2 . Ta có MB 2 = MD 2 + BD 2 ; MC 2 = ME 2 + CE 2 . Vì MD 2 > ME 2 và BD 2 = CE 2 nên MB 2 > MC 2 suy ra MB > MC. Theo quan hệ giữa đường xiên và hình chiếu ta suy ra HB > HC , do đó AB > AC (trái giả thiết).

Chứng minh tương tự, nếu AB > AC thì cũng suy ra mâu thuẫn. Vậy AB = AC hay tam giác ABC là tam giác cân. Trang 7

Chuyên đề 17. QUAN HỆ GIỮA BA CẠNH CỦA MỘT TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Bất đẳng thức tam giác Trong một tam giác, độ dài một cạnh bao giờ cũng lớn hơn hiệu và nhỏ hơn tổng các độ dài của hai cạnh còn lại. Trong hình 17.1 ta có: b − c < a < b + c. Đảo lại, nếu b − c < a < b + c thì a, b, c có thể là độ dài ba cạnh của một tam giác. 2. Bất đẳng thức tam giác mở rộng Với ba điểm M, A, B bất kì ta luôn có: MA + MB ≥ AB. Dấu “=” xảy ra ⇔ M thuộc đoạn thẳng AB. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho hai đoạn thẳng AB và CD cắt nhau tại điểm O nằm giữa hai đầu mỗi đoạn thẳng. Biết AB = 3cm, CD = 5cm. Chứng minh rằng trong hai đoạn thẳng AC và BD ít nhất cũng có một đoạn thẳng có độ dài nhỏ hơn 4cm.

Giải (h.17.2) * Tìm cách giải. Muốn chứng minh trong hai đoạn thẳng AC và BD ít nhất cũng có một đoạn thẳng có độ dài nhỏ hơn 4cm, ta chứng minh tổng:

AC + BD < 8cm. Ta thấy AC là một cạnh của tam giác AOC, BD là một cạnh của tam giác BOD. Vậy cần vận dụng quan hệ giữa ba cạnh của tam giác để đánh giá AC và BD. Hình 17.2

* Trình bày lời giải. Xét ∆AOC có AC < OA + OC. Xét ∆BOD có BD < OB + OD. Cộng từng vế các bất đẳng thức trên ta được:

AC + BD < OA + OB + OC + OD

dẫn tới

AC + BD < AB + CD. Do đó AC + BD < 3 + 5 = 8 (cm). Suy ra trong hai đoạn thẳng AC và BD ít nhất cũng có một đoạn thẳng nhỏ hơn 4cm. * Nhận xét: Trong lời giải trên ta đã dung một tính chất của hai bất đẳng thức cùng chiều: Nếu a < b và

c < d thì a + c < b + d . Ví dụ 2: Chứng minh rằng trong một tam giác, mỗi cạnh bao giờ cũng nhỏ hơn nửa chu vi của tam giác ấy. Giải (h.17.3) Trang 1

* Tìm cách giải. Ta phải chứng minh a <

a+b+c . Muốn vậy 2

ta chứng minh 2a < a + b + c. Trừ a vào hai vế của bất đẳng thức ta được 2a − a < a + b + c − a, dẫn tới a < b + c. Bất đẳng thức này đúng nên ta có thể xuất phát từ đây rồi chứng minh “ngược” lên. * Trình bày lời giải. Gọi a là độ dài của một cạnh bất kì của tam giác. Gọi b và c là độ dài hai cạnh còn lại. Theo quan hệ giữa ba cạnh còn lại của tam giác ta có: a < b + c. Cộng a vào hai vế của bất đẳng thức này ta được: a + a < a + b + c dẫn tới 2a < a + b + c. Suy ra a<

a+b+c . 2

* Nhận xét: Trong lời giải trên ta đã dùng các tính chất sau của bất đẳng thức: -

Cộng cùng một số vào hai vế của một bất đẳng thức thì được một bất đẳng thức cùng chiều.

-

Nhân (hay chia) cả hai vế của một bất đẳng thức với cùng một số dương thì được một bất đẳng thức cùng chiều.

Ví dụ 3: Cho tam giác ABC. Gọi D, E, F lần lượt là trung điểm của AB, BC, CA. Chứng minh rằng ba đoạn thẳng AD, AE và AF có thể là ba cạnh của một tam giác. Giải (h.17.4) * Tìm cách giải. Muốn chứng minh ba đoạn thẳng AD, BE, CF có thể là ba cạnh của một tam giác, ta chứng minh ba đoạn thẳng đó thỏa mãn bất đẳng thức tam giác hoặc chứng minh chúng lần lượt bằng ba cạnh của một tam giác nào đó. * Trình bày lời giải. Trên tia đối của tia EA lấy điểm K sao cho EK = EA.

∆ABE = ∆KCE (c.g.c) ⇒ AB = CK . Xét ∆ACK , theo bất đẳng thức tam giác ta có: CA − CK < AK < CA + CK . Do đó 2 AF − 2 AD < 2 AE < 2 AF + 2 AD (vì AC = 2 AF , AB = 2 AD ). Suy ra AF − AD < AE < AF + AD. Ba đoạn thẳng AD, AE, AF thỏa mãn bất đẳng thức tam giác nên chúng có thể là ba cạnh của một tam giác.

Trang 2

C. Bài tập vận dụng •

Tính độ dài

17.1. Một tam giác cân có chu vi là 40cm và một cạnh có độ dài 10cm. Tính độ dài của hai cạnh còn lại. 17.2. Tính chu vi của một tam giác cân biết độ dài hai cạnh của nó bằng: a) 11cm và 20cm;

b) 11cm và 23 cm.

17.3. Ba cạnh của một tam giác có số đo là ba số chẵn liên tiếp (tính bằng xen-ti-mét). Tam giác đó có chu vi nhỏ nhất là bao nhiêu?

17.4. Một đoạn dây thép có độ dài 25cm. Hỏi có thể uốn nó thành một hình tam giác có một cạnh là: a) 13cm; •

b) 12cm?

So sánh một độ dài với chu vi của tam giác

17.5. Cho tam giác ABC. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AB và AC. Hãy so sánh độ dài BC với chu vi tam giác AMN.

17.6. Chứng minh rằng cạnh lớn nhất của một tam giác thì: a) Nhỏ hơn nửa chu vi của tam giác; b) Lớn hơn hoặc bằng

1 chu vi của tam giác. 3

17.7. Cho tam giác ABC. Gọi D, E, F lần lượt là trung điểm BC, CA và AB. Chứng minh rằng tổng AD + BE + CF lớn hơn nửa chu vi nhưng nhỏ hơn chu vi tam giác.

17.8. Cho hình 17.5. Chứng minh rằng: AB + BC + CD + DE + EA < AD + DB + BE + EC + CA.

17.9. Cho hình 17.6. a) Tìm điểm O sao cho tổng các khoảng cách từ O đến A, B, C, D có độ dài nhỏ nhất. b) Chứng minh rằng AC + BD >

AB + BC + CD + DA . 2

17.10. Cho tam giác ABC có chu vi là 2p. Lấy điểm M bất kì nằm trong tam giác. Chứng minh rằng p < MA + MB + MC < 2 p. Trang 3

•

Chứng minh bất đẳng thức hình học

17.11. Cho tam giác ABC. Vẽ đường thẳng xy chứa tia phân giác góc ngoài tại đỉnh A. Trên xy lấy điểm M khác A. Chứng minh rằng: AB + AC < MB + MC.

17.12. Cho tam giác ABC. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AB và AC. Chứng minh rằng không thể xảy ra đồng thời BN <

1 1 AC và CM < AB. 2 2

17.13. Cho đoạn thẳng AB và ba điểm M, N, P không có điểm nào nằm trên đường thẳng AB. Cho biết MA + NA + PA = MB + NB + PB = s. Chứng minh rằng tồn tại một điểm O thỏa mãn MO + NO + PO < s.

17.14. Cho tam giác đều ABC. Trên các cạnh AB, AC, BC lần lượt lấy các điểm M, N, K không trùng với các đỉnh của tam giác sao cho AM = AN . Chứng minh rằng KM + KN ≥ KA.

17.15. Tam giác ABC không có hai cạnh nào bằng nhau. Độ dài mỗi cạnh có số đo là một số nguyên (tính bằng xen-ti-mét). Biết AB = 2cm, BC = 3cm. Vẽ đường trung trực xy của BC, trên đó lấy một điểm M. Xác định vị trí của điểm M để tổng MA + MB có giá trị nhỏ nhất. Tính giá trị nhỏ nhất đó.

Hướng dẫn giải 17.1. •

Nếu cạnh đáy dài 10cm thì mỗi cạnh bên dài là : ( 40 − 10 ) : 2 = 15 ( cm ) . Ba độ dài 10, 15,15 thỏa mãn bất đẳng thức tam giác vì 15 − 15 < 10 < 15 + 15. Vậy độ dài hai cạnh còn lại là: 15cm; 15cm.

•

Nếu cạnh bên dài 10cm thì cạnh đáy dài là: 40 − 2.10 = 20 ( cm ) . Ba độ dài 10, 20, 20 không thỏa mãn bất đẳng thức tam giác. Vậy trường hợp này bị loại.

17.2. a) •

Nếu cạnh đáy dài 11cm thì cạnh bên dài 20cm. Ba độ dài 11, 20 ,20 thỏa mãn bất đẳng thức tam giác vì 20 − 20 < 11 < 20 + 20. Chu vi của tam giác cân là: 11 + 20 + 20 = 51( cm ) .

•

Nếu cạnh đáy dài 20cm thì cạnh bên dài 11cm. Ba độ dài 20, 11, 11 thỏa mãn bất đẳng thức tam giác vì 11 − 11 < 20 < 11 + 11. Chu vi của tam giác cân là: 20 + 11 + 11 = 42 ( cm ) .

b) •

Nếu cạnh đáy dài 11cm thì cạnh bên dài 23cm. Ba độ dài 11, 23, 23 thỏa mãn bất đẳng thức tam giác vì 23 − 23 < 11 < 23 + 23. Trang 4

Chu vi tam giác cân là: 11 + 23 + 23 = 57 ( cm ) . •

Nếu cạnh đáy dài 23cm thì cạnh bên dài 11cm. Ba độ dài 23, 11, 11 không thỏa mãn bất đẳng thức tam giác. Vậy trường hợp này bị loại.

17.3. Gọi độ dài ba cạnh của tam giác là n, n + 2 và n + 4 (n là số tự nhiên chẵn). Theo quan hệ giữa ba cạnh của tam giác ta có: n + ( n + 2 ) > n + 4 ⇒ n > 2. Số chẵn nhỏ nhất lớn hơn 2 là 4. Vậy độ dài ba cạnh của tam giác đó là 4, 6, 8 (cm). Chu vi nhỏ nhất của tam giác là 4 + 6 + 8 = 18 ( cm ) .

17.4. a) Nếu một cạnh dài 13cm thì tổng hai cạnh còn lại là: 25 − 13 = 12 ( cm ) . Ta thấy một cạnh lớn hơn tổng của hai cạnh còn lại, không thỏa mãn bất đẳng thức tam giác. Vậy không thể uốn đoạn dây thép trên thành một hình tam giác có một cạnh là 13cm. b) Nếu một cạnh dài 12cm thì tổng hai cạnh còn lại là: 25 − 12 = 13 ( cm ) .

Đoạn dây thép 13cm này có thể uốn thành hai đoạn chẳng hạn 8cm và 5cm. Rõ ràng 8 − 5 < 12 < 8 + 5 thỏa mãn bất đẳng thức tam giác. Vậy có thể uốn đoạn dây théo 25cm thành một tam giác có một cạnh 12cm.

17.5. (h.17.7) Xét ∆MBC ta có: BC < MB + MC.

(1)

Xét ∆MNC ta có: MC < MN + NC.

( 2)

Từ (1) và (2) suy ra BC < MB + MN + NC. Do đó BC < MA + MN + NA (vì MA = MB và NA = NC ). Suy ra BC < chu vi ∆AMN .

17.6. Gọi a, b, c là ba cạnh của tam giác ABC. Giả sử a là cạnh lớn nhất: a ≥ b; a ≥ c. a) Theo quan hệ giữa ba cạnh của tam giác ta có a < b + c. Cộng a vào hai vế của bất đẳng thức này ta được a + a < a + b < c, do đó 2a < a + b + c, suy ra

a=

a+b+c . 2

b) Vì a ≥ b; a ≥ c nên 2a ≥ b + c. Cộng a vào hai vế ta được 3a ≥ a + b + c. Suy ra a ≥

a+b+c . 3

17.7. (h.17.8) •

Xét ∆ABD và ∆ACD, ta có: AD + BD > AB; AD + CD > AC. Trang 5

Suy ra 2 AD + BC > AB + AC ⇒ 2 AD > AB + AC − BC. (1) Tương tự, 2 BE > BC + BA − AC.

2CF > CA + CB − AB.

( 2)

( 3)

Cộng từng vế các bất đẳng thức (1), (2), (3) ta được:

2 ( AD + BE + CF ) > ( AB + AC − BC ) + ( BC + BA − AC ) + ( CA + CB − AB ) = AB + BC + CA. Do đó AD + BE + CF > •

AB + BC + CA . ( *) 2

Trên tia đối của tia DA lấy điểm K sao cho DK = DA. ∆ABD = ∆KCD (c.g.c) ⇒ AB = CK .

Xét ∆ACK có AK < AC + CK = AC + AB ⇒ 2 AD < AB + AC.

Chứng minh tương tự ta được

2 BE < BA + BC ; 2CF < CB + CA. Cộng từng vế ba bất đẳng thức trên ta được

2 ( AD + BE + CF ) < 2 ( AB + BC + CA ) . Do đó AD + BE + CF < AB + BC + CA = chu vi ∆ABC.

(**)

Từ (*) và (**), suy ra điều phải chứng minh.

17.8. (h.17.9) Gọi các điểm A1 , B1 , C1 , D1 , E1 là các điểm như trong hình 17.9. Theo quan hệ giữa ba cạnh của tam giác ta có AB < A1 A + A1 B; BC < B1 B + B1C ; CD < C1C + C1 D; DE < D1 D + D1 E ; EA < E1 E + E1 A. . Cộng từng vế các bất đẳng thức ta được:

AB + BC + CD + DE + EA < ( A1 A + B1C ) + ( A1 B + E1 E ) +

( B1B + C1 D ) + ( C1C + D1E ) + ( D1 D + E1 A) < AC + BE + BD + CE + DA.

17.9. (h.17.10) a) Gọi M là điểm bất kì, ta có: MA + MC ≥ AC (dấu “=” xảy ra ⇔ M ∈ [ AC ] ).

MB + MD ≥ BD (dấu “=” xảy ra ⇔ M ∈ [ BD ] ). Suy ra MA + MC + MB + MD ≥ AC + BD (không đổi).

Trang 6

Do đó tổng MA + MB + MC + MD nhỏ nhất bằng AC + BD khi và chỉ khi M là giao điểm O của AC và BD. b) Xét các tam giác AOB, BOC, COD, DOA ta có:

OA + OB > AB; OB + OC > BC ; OC + OD > CD; OD + OA > DA. Cộng từng vế bốn đẳng thức trên ta được:

2 ( OA + OB + OC + OD ) > AB + BC + CD + DA. Suy ra 2 ( AC + BD ) > AB + BC + CD + DA. Do đó AC + BD >

AB + BC + CD + DA . 2

17.10. (h.17.11) •

Chứng minh MA + MB + MC > p Xét các tam giác MAB, MBC và MCA ta có:

MA + MB > AB; MB + MC > BC ;

MC + MA > CA. Cộng từng vế ba bất đẳng thức trên ta được:

2 ( MA + MB + MC ) > AB + BC + CA. Suy ra MA + MB + MC > •

AB + BC + CA 2 p = = p. 2 2

( *)

Chứng minh MA + MB + MC < 2 p Gọi D là giao điểm của tia CM với cạnh AB. Xét ∆MDB có MB < MD + DB. Cộng thêm MC vào hai vế ta được MB + MC < MC + MD + DB. Suy ra MB + MC < CD + DB. (1) Xét ∆ADC có CD < AD + AC. Cộng thêm DB vào hai vế ta được CD + DB < DB + AD + AC. Suy ra CD + DB < AB + AC.

( 2)

Từ (1) và (2) suy ra MB + MC < AB + AC. Chứng minh tương tự ta được: MC + MA < BC + BA;

MA + MB < CA + CB. Cộng từng vế ba bất đẳng thức trên ta được:

2 ( MA + MB + MC ) < 2 ( AB + BC + CA ) . Suy ra MA + MB + MC < AB + BC + CA = 2 p. (**) Từ (*) và (**) suy ra p < MA + MB + MC < 2 p. Trang 7

17.11. (h.17.12) Trên tia đối của tia AB lấy điểm D sao cho AD = AC.

∆AMD = ∆AMC (c.g.c). Suy ra MD = MC. Ta có AB + AC = AB + AD = BD.

(1)

MB + MC = MB + MD > BD. ( 2 ) Từ (1) và (2) suy ra AB + AC < MB + MC.

17.12. (h.17.13) Ta chứng minh bằng phương pháp phản chứng Giả sử đồng thời xảy ra BN <

CM <

1 AC và 2

1 AB. 2

Khi đó BN + CM <

1 ( AB + AC ) . 2

(1)

Gọi G là giao điểm của BN và CM. Xét ∆MBG và ∆NCG , theo quan hệ giữa ba cạnh của tam giác ta có:

BM < GB + GM ; GN < GC + GN . Suy ra BM + CN < GB + GM + GC + GN hay BM + CN < BN + CM Do đó BN + CM > BM + CN =

1 ( AB + AC ) . 2

( 2)

(1) và (2) mâu thuẫn. Vậy điều giả sử là sai. Do đó không thể xảy ra đồng thời BN <

1 1 AC và CM < AB. 2 2

17.13. (h.17.14) Gọi O là trung điểm của AB. Ta chứng minh được (xem bài 17.7):

MO <

1 ( MA + MB ) ; 2

NO <

1 1 ( NA + NB ) ; PO < ( PA + PB ) . 2 2

Cộng từng vế ba bất đẳng thức trên ta được:

MO + NO + PO <

1 1 1 1 ( MA + NA + PA ) + ( MB + NP + PB ) = s + s = s. 2 2 2 2

17.14. (h.17.15)

Trang 8

Trên nửa mặt phẳng bờ AC không

x = BAK . chứa B ta vẽ tia Ax sao cho CA Trên tia Ax lấy điểm D sao cho AD = AK .

∆AMK = ∆AND (c.g.c) ⇒ KM = DN .

= KAC + CAD = KAC + BAK = 60o. Ta có KAD = 60o nên là tam giác đều ∆AKD có AK = AD và KAD ⇒ KA = KD.

Gọi O là giao điểm của AC với KD. Xét ba điểm N, K, D ta có KN + DN ≥ KD (dấu “=” xảy ra ⇔ N ≡ O ). Do đó KN + DN ≥ KA (vì KA = KD ).

17.15. (h.17.16) Đặt AC = b . Theo bất đẳng thức tam giác ta có 3 − 2 < b < 3 + 2 hay 1 < b < 5. Vì b nguyên nên b ∈ {2;3; 4} . Mặt khác, tam giác ABC không có hai cạnh nào bằng nhau nên b = 4cm. Vì M ∈ xy nên ta chứng minh được

MB = MC. Ta có MA + MB = MA + MC. Xét ba điểm M, A, C ta có MA + MC ≥ AC = 4cm. (Dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ O với O là giao điểm của xy với AC). Suy ra MA + MB ≥ 4cm. Do đó tổng MA + MB có giá trị nhỏ nhất là 4cm khi và chỉ khi M là giao điểm của xy với AC.

Trang 9

Chuyên đề 18. TÍNH CHẤT BA ĐƯỜNG TRUNG TUYẾN CỦA TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Đường trung tuyến của tam giác là đoạn thẳng nối một đỉnh của tam giác với trung điểm của cạnh đối diện. 2. Ba đường trung tuyến của một tam giác cùng đi qua một điểm (điểm này gọi là trọng tâm của tam giác). Trọng tâm cách mỗi đỉnh một khoảng bằng

2 độ dài đường 3

trung tuyến đi qua điểm đó (h.18.1).

B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho tam giác ABC, hai đường trung tuyến BM và CN cắt nhau tại G. Trên tia GB và GC lấy các điểm F và E sao cho G là trung điểm của FM đồng thời là trung điểm của EN. Chứng minh rằng ba đường thẳng AG, BE và CF đồng quy.

Giải (h.18.2) * Tìm cách giải.

Để chứng minh ba đường thẳng AG, BE và CF đồng quy ta có thể chứng minh chúng là ba đường trung tuyến của tam giác GBC. * Trình bày lời giải. Gọi D là giao điểm của AG và BC. Vì G là trọng tâm của ∆ABC nên AD là đường trung tuyến, suy ra DB = DC .

1 1 Ta có GF = GM = BM ; GE = GN = CN . 3 3  1   1  Do đó GF = FB  = BM  ; GE = EC  = CN  .  3   3  Xét ∆GBC có GD, BE, CF là ba đường trung tuyến nên chúng đồng quy suy ra ba đường thẳng AD, BE, CF đồng quy.

Ví dụ 2: Cho tam giác ABC. Trên nửa mặt phẳng bờ AB không chứa C vẽ tia Bx // AC . Lấy điểm

D ∈ Bx và điểm E thuộc tia đối của tia CA sao cho BD = CE. Chứng minh rằng ∆ABC và ∆ADE có cùng một trọng tâm.

Giải (h.18.3) * Tìm cách giải Tam giác ABC và ADE có chung đỉnh A nên muốn chứng minh chúng có cùng một trọng tâm, chỉ cần chứng minh chúng có chung một đường trung tuyến xuất phát từ đỉnh A. * Trình bày lời giải.

x = BCE (so le trong). Vì Bx // AC nên CB Trang 1

Gọi M là trung điểm của BC. Ta có ∆BMD = ∆CME (c.g.c).

= CME . Suy ra MD = ME (1) và BMD + CME = 180o (kề bù). Ta có BME + BMD = 180o ⇒ D, M, E thẳng hàng. (2) Do đó BME Từ (1) và (2) suy ra M là trung điểm của DE.

∆ABC và ∆ADE chung đỉnh A, chung đường trung tuyến AM nên trọng tâm G của hai tam giác này trùng nhau. * Nhận xét: Để chứng minh hai tam giác có cùng trọng tâm ta có thể chứng minh chúng có chung một

đỉnh và chung đường trung tuyến đi qua đỉnh ấy. Ví dụ 3: Cho tam giác ABC, đường trung tuyến AD. Trên tia đối của tia DA lấy điểm K sao cho DK =

1 AD. Qua B vẽ một đường thẳng song song với CK cắt AC tại M. Chứng minh rằng M là trung 3

điểm của AC. Giải (h.18.4) * Tìm cách giải.

Để chứng minh M là trung điểm của AC ta chứng minh BM là đường trung tuyến. Muốn vậy, chỉ cần chứng minh BM đi qua trọng tâm G. * Trình bày lời giải. Gọi G là giao điểm của BM và AD. Ta có ∆BDG = ∆CDK (g.c.g). Suy ra DG = DK =

1 AD. 3

Xét ∆ABC có điểm G nằm trên đường trung tuyến AD mà GD =

1 AD nên G là trọng tâm. Suy ra BM là đường trung tuyến do đó MA = MC. 3

Ví dụ 4: Chứng minh rằng ba đường trung tuyến của một tam giác có thể là ba cạnh của một tam giác khác.

Giải (h.18.5) * Tìm cách giải.

Để chứng minh ba đường trung tuyến của tam giác này có thể là ba cạnh của một tam giác khác, ta chứng minh ba đường trung tuyến đó tỉ lệ với ba cạnh của một tam giác. * Trình bày lời giải.

Gọi AD, BE, CF là ba đường trung tuyến của ∆ABC . Ba đường trung tuyến cắt nhau tại G. Trên tia đối của tia DG lấy điểm H sao cho DH = DG. Trang 2

Ta có ∆CDG = ∆BDH (c.g.c) ⇒ GC = HB. Theo tính chất ba đường trung tuyến của ∆ABC ta có:

3 3 3 3 3 AD = GA = GH ; BE = GB; CF = GC = BH . 2 2 2 2 2 Suy ra

AD BE CF 3 = = = . GH GB BH 2

Vậy ba đường trung tuyến AD, BE, CF tỉ lệ với ba cạnh của tam giác GHB, do đó ba đường trung tuyến này có thể là ba cạnh của một tam giác.

C. Bài tập vận dụng •

Chứng minh đồng quy, thẳng hàng

18.1. Chứng minh rằng trong một tam giác có hai cạnh không bằng nhau thì đường trung tuyến ứng với cạnh lớn hơn sẽ nhỏ hơn đường trung tuyến ứng với cạnh bé.

18.2. Cho tam giác nhọn ABC. Vẽ AH ⊥ BC. Cho biết AB = 10cm, AC = 13cm, và AH = 3cm. Gọi O là một điểm trên AH sao cho AO = 2cm. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AB và HC. Chứng minh ba điểm M, O, N thẳng hàng. •

Chứng minh trọng tâm

18.3. Cho tam giác ABC. Gọi D và E là hai điểm trên cạnh BC sao cho BD = DE = EC. Vẽ đường trung tuyến AO của tam giác ABC. Trên tia đối của tia OA lấy điểm F sao cho OF = OA. a) Chứng minh rằng D là trọng tâm của tam giác BAF; E là trọng tâm của tam giác CAF. b) Tia AD cắt BF tại N, tia FE cắt AC tại M. Chứng minh rằng tam giác ABC và tam giác AMN có cùng trọng tâm.

18.4. Cho tam giác ABC. Qua A vẽ đường thẳng a // BC. Qua B vẽ đường thẳng b // AC và qua C vẽ đường thẳng c // AB. Các đường thẳng b và c cắt nhau tại A’ và cắt đường thẳng a lần lượt tại C’ và B’. Chứng minh rằng ∆ABC và ∆A′B′C ′ có cùng một trọng tâm.

18.5. Cho góc xOy và một điểm G ở trong góc đó. Hãy xác định điểm A ∈ Ox;B ∈ Oy sao cho G là trọng tâm của tam giác AOB. •

Tính độ dài các đường trung tuyến

18.6. Cho tam giác ABC cân tại A, AB = 3 41cm, BC = 24cm. Tính độ dài đường trung tuyến BM.

18.7. Cho tam giác ABC vuông tại A. Các đường trung tuyến BE, CF cắt nhau tại G. Biết

GB = 4 61cm, GC = 2 601cm. Tính chu vi tam giác ABC. 18.8. Cho tam giác ABC vuông tại A, AB 2 = 2 AC 2 . Chứng minh rằng các đường trung tuyến AM và CN vuông góc với nhau.

Trang 3

18.9. Chứng minh rằng tổng ba đường trung tuyến của một tam giác thì lớn hơn •

3 chu vi của tam giác đó. 4

Chứng minh trung tuyến, trung điểm

18.10. Tam giác ABC có hai đường trung tuyến BE và CF bằng nhau. Gọi G là trọng tâm của tam giác ABC. Chứng minh rằng AG ⊥ BC.

18.11. Cho tam giác ABC. Trên cạnh AC lấy điểm D sao cho AD =

2 AC. Trên tia đối của tia CB lấy 3

điểm E sao cho CE = CB. Tia BD cắt AE tại điểm M. Trên tia CM lấy điểm N sao cho M là trung điểm của NC. Chứng minh rằng AN = BC.

18.12. Cho tam giác ABC và trọng tâm G của nó. Chứng minh rằng tam giác ABC là tam giác cân khi và chỉ khi AB + GB = AC + GC.

18.13. Cho tam giác ABC, đường trung tuyến AM. Chứng minh rằng AM >

1 BC khi và chỉ khi A < 90o. 2

18.14. Cho tam giác ABC trọng tâm G.

< 90o thì AB + AC > 3BC. Chứng minh rằng nếu BGC Hướng dẫn giải 18.1. (h.18.6) Xét tam giác ABC có BE và CF là hai đường trung tuyến cắt nhau tại G. Giả sử AC > AB, ta phải chứng minh BE < CF . Ta vẽ thêm đường trung tuyến AD, theo tính chất ba đường trung tuyến ta có AD đi qua G. •

Xét ∆ADB và ∆ADC có: DB = DC , AD chung và AB < AC nên ADB < ADC (định lí hai

tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau). •

ADB < ADC (chứng minh trên) nên GB < GC , suy Xét ∆GDB và ∆GDC có: DB = DC , GD chung và

ra

2 2 BE < CF , do đó BE < CF . 3 3

18.2. (h.18.7) Áp dụng định lí Py-ta-go vào các tam giác vuông ABH và ACH ta tính được HB = 1cm, HC = 2cm. Vì N là trung điểm của HC nên HN = NC = 1cm. Do đó HN = HB = 1cm.

Trang 4

Vậy AH là đường trung tuyến của ∆ABN . Mặt khác AH = 3cm, AO = 2cm nên AO =

2 AH , suy ra O là trọng 3

tâm của ∆ABN . Ta có NM là một đường trung tuyến của ∆NAB, do đó NM phải đi qua trọng tâm O. Vậy ba điểm M, N, O thẳng hàng.

18.3. (h18.8) a) Xét ∆BAF có OA = OF nên BO là đường trung tuyến.

1 2 Điểm D nằm trên đường trung tuyến BO mà BD = BC = BO (vì BC = 2 BO ) nên D là trọng tâm 3 3 của ∆BAF . Chứng minh tương tự ta được E là trọng tâm của ∆CAF . b) Vì D là trọng tâm của ∆BAF nên đường thẳng AD là một đường trung tuyến. Vì AD cắt BF tại N nên FN = BN =

1 BF . 2

Chứng minh tương tự ta được AM = MC =

(1) 1 AC . 2

( 2)

Ta có ∆OFB = ∆OAC (c.g.c).

= OAC . Suy ra BF = AC ( 3) và OFB Từ (1), (2), (3) suy ra AM = FN .

. ∆AOM = ∆FON (c.g.c), suy ra OM = ON ( 4 ) và AOM = FON = 180o (kề bù). Ta có AOM + FOM

+ FOM = 180o , do đó ba điểm M, O, N thẳng hàng. (5) Suy ra FON Từ (4) và (5) suy ra O là trung điểm của MN do đó AO là đường trung tuyến của ∆AMN . ∆ABC và ∆AMN có chung đỉnh A, chung đường trung tuyến AO nên có cùng trọng tâm G.

18.4. (h.18.9) Theo tinh chất đoạn chắn song song ta có AB′ = BC , AC ′ = BC suy ra AB′ = AC ′. Chứng minh tương tự ta được BC ′ = BA′ và CA′ = CB′. Xét ∆A′B′C ′, ba đường thẳng A′A, B′B, C ′C là ba đường trung tuyến nên chúng đồng quy tại một điểm G. Gọi M là giao điểm của AA′ với BC; N là giao điểm của BB′ với AC; P là giao điểm của CC ′ với AB. Ta có ∆AMC = ∆A′MB ( c.g.c ) suy ra MC = MB. Trang 5

Vậy AM là đường trung tuyến ứng với cạnh BC của ∆ABC . Chứng minh tương tự ta được BN, CP là đường trung tuyến tương ứng với cạnh AC, AB của ∆ABC . Ba đường trung tuyến AM, BN, CP của ∆ABC gặp nhau tại một điểm. Mặt khác ba đường thẳng AM, BN, CP cũng là ba đường thẳng A′A, B′B, C ′C . Do đó trọng tâm G của ∆A′B′C ′ cũng là trọng tâm của ∆ABC .

18.5. (h.18.10) •

Tìm cách giải

Giả sử đã vẽ được tam giác AOB sao cho G là trọng tâm của nó. Tia OG cắt AB tại trung điểm M. Trên tia OG lấy điểm K sao cho OK = 3OG. Ta chứng minh được

∆AMK = ∆BMO ( c.g.c ) ; ∆AMO = ∆BMK ( c.g.c ) . Suy ra KA // Oy;KB // Ox. Do đó xác định được A và B. •

Trình bày lời giải.

-

Vẽ tia OG, trên đó lấy điểm K sao cho OK = 3OG.

-

Từ K vẽ KA // Oy ( A ∈ Ox ) và KB // Ox ( B ∈ Oy )

-

Vẽ đoạn thẳng AB cắt OK tại M. Khi đó G là trọng tâm của ∆AOB.

Thực vậy, ta có AK = OB (tính chất đoạn chắn song song).

∆AMK = ∆BMO ( g.c.g ) , suy ra MA = MB (1) và MK = MO. 3 2 Vì OK = 3OG nên OM = OG hay OG = OM . 2 3

( 2)

Từ (1) và (2) suy ra G là trọng tâm của ∆AOB.

18.6. (h.18.11) Vẽ các đường trung tuyến AD, BM cắt nhau tại G. Ta có ∆ADB = ∆ADC ( c.c.c ) . Suy ra DB = DC = 12cm; ADB = ADC = 180o : 2 = 90o. Áp dụng định lí Py-ta-go vào ∆ABD vuông tại D ta được AD 2 = AB 2 − BD 2 = (3 41) 2 − 122 = 225 ⇒ AD = 15(cm)

Vì G là trọng tâm của ∆ABC nên GD =

1 AD = 5cm. 3

Áp dụng định lí Py-ta-go vào tam giác GBD vuông tại D ta

được

GB 2 = GD 2 + BD 2 = 52 + 122 = 169 ⇒ GB = 13 ( cm ) . Suy ra BM =

3 3 BG = .13 = 19,5 ( cm ) . 2 2

18.7. (h.18.12) Trang 6

Vì G là trọng tâm của ∆ABC nên BE =

3 3 BG = .4 61 = 6 61 ( cm ) . 2 2

3 3 CF = CG = .2 601 = 3 601 ( cm ) . 2 2 •

Xét ∆ABE vuông tại A ta có:

BE 2 = AB 2 + AE 2 = AB 2 + •

AC 2 = 6 61 4

(

)

2

(1)

= 2196.

Xét ∆ACF vuông tại A ta có: CF 2 = AF 2 + AC 2 =

AB 2 + AC 2 = 3 601 4

Từ (1) và (2), suy ra

5 AB 2 + AC 2 ) = 7605. ( 4

(

Mặt khác AB 2 + AC 2 = BC 2 . Suy ra

)

2

= 5409.

( 2)

( 3)

5 BC 2 = 7605 ⇒ BC 2 = 6084 ⇒ BC = 78 ( cm ) . 4

Ta viết (3) thành AB 2 +

AC 2 3 AC 2 + = 6084. 4 4

AC 2 Mà theo (1) thì AB + = 2196. 4 2

So sánh (*) và (**) ta được

( *)

(**)

3 AC 2 = 6084 − 2196 = 3888 4

⇒ AC 2 = 5184 ⇒ AC = 72 ( cm ) . Từ đó ta tính được AB 2 = BC 2 − AC 2 = 6084 − 5184 = 900 ⇒ AB = 30cm.

Vậy chu vi ∆ABC là: 78 + 72 + 30 = 180 ( cm ) .

18.8. (h.18.13) Đặt AC = b. Áp dụng định lí Py-ta-go cho ∆ABC vuông tại A ta có: BC 2 = AB 2 + AC 2 = 2 AC 2 + AC 2 = 3 AC 2 = 3b 2 = ⇒ BC = 3b ⇒ AM =

( 3b )

2

1 3 BC = b. 2 2

Áp dụng định lí Py-ta-go cho ∆ACN vuông tại A ta có: 2

2 AC 2 6b 2  6  6 AB 2 CN = AC + AN = AC + b  ⇒ CN = b. = AC 2 + = =  4 4 4 2  2  2

2

2

2

Gọi G là trọng tâm của ∆ABC , ta có Trang 7

2 2 6 6 2 CG = CN = . .b = b ⇒ CG 2 = b 2 . 3 3 2 3 3 AG =

2 2 3 3 1 AM = . .b = b ⇒ AG 2 = b 2 . 3 3 2 3 3

2 1 Xét ∆GAC có CG 2 + AG 2 = b 2 + b 2 = b 2 mà 3 3 AC 2 = b 2 nên AC 2 = CG 2 + AG 2 . Do đó theo định lí Py-ta-go đảo ta được ∆GAC vuông tại G. Suy ra AM ⊥ CN .

18.9. (h.18.14) Xét ∆ABC có các đường trung tuyến AD, BE, CF cắt nhau tại G. Xét ∆GBC ta có GB + GC > BC ⇒

⇒ BE + CF >

3 BC. (1) 2

3 Tương tự, ta có CF + AD > CA; 2

AD + BE >

2 ( BE + CF ) > BC 3

3 AB. 2

( 2)

(3)

Cộng từng vế các bất đẳng thức (1) (2) (3) ta được:

2 ( BE + CF + AD ) >

3 ( BC + CA + AB ) . 2

Suy ra BE + CF + AD >

3 ( BC + CA + AB ) . 4

Nhận xét: Trong bài 17.7 ta đã chứng minh được AD + BE + CF lớn hơn nửa chu vi tam giác. Như vậy kết quả bài này “mạnh” hơn kết quả ở bài 17.7.

18.10. (h.18.15) Xét ∆ABC có BE và CF là hai đường trung tuyến và

BE = CF . Vì G là trọng tâm nên GB =

2 2 BE , GC = CF do đó 3 3

GB = GC ; GE = GF . Ta có ∆GBF = ∆GCE ( c.g.c ) ⇒ BF = CE , dẫn tới AB = AC.

Gọi D là giao điểm của đường thẳng AG với BC. Do G là trọng tâm nên AG là đường trung tuyến. Suy ra DB = DC. Ta có ∆ADB = ∆ADC ( c.c.c ) , do đó ADB = ADC = 180o : 2 = 90o. Vậy AG ⊥ BC. Trang 8

18.11. (h.18.16) Xét ∆ABE có AC là đường trung tuyến. Mặt khác D ∈ AC và

AD =

2 AC nên D là trọng tâm của ∆ABE. 3

Suy ra đường thẳng BD chứa đường trung tuyến ứng với cạnh AE, do đó MA = ME. Ta có ∆AMN = ∆EMC ( c.g.c ) ⇒ AN = EC. Do đó AN = BC (vì BC = EC ).

18.12. (h.18.17) •

Chứng minh mệnh đề nếu AB + GB = AC + GC thì ∆ABC cân tại A. Ta chứng minh bằng phản chứng. Giả sử AB < AC.

(1)

Vẽ tia AG cắt BC tại D. Khi đó AD là đường trung tuyến nên DB = DC. Xét

∆ADB và

∆ADC có: AD chung;

DB = DC và

AB < AC nên ADB < ADC (định lí hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau).

< GDC (chứng minh trên) nên Xét ∆GDB và ∆GDC có: GD chung; DB = DC và GDB

GB < GC.

( 2)

Từ (1) và (2) suy ra AB + GB < AC + GC (trái giả thiết). Vậy điều giả sử AB < AC là sai.

(*)

Nếu AB > AC ta cũng đi đến mâu thuẫn vậy AB > AC là sai

(**)

Từ (*) và (**) suy ra AB = AC do đó ∆ABC cân tại A. •

Chứng minh mệnh đề nếu ∆ABC cân tại A thì AB + GB = AC + GC. Gọi E là giao điểm của BG vơi AC; F là giao điểm của CG với AB. Khi đó EA = EC ; FA = FB.

∆ABE = ∆ACF ( c.g.c ) ⇒ BE = CF , do đó

2 2 BE = CF , dẫn tới GB = GC. 3 3

Suy ra AB + GB = AC + GC.

18.13. (h.18.18) •

1 Chứng minh mệnh đề nếu A < 90o thì AM > BC. 2 Ta chứng minh bằng phản chứng. Giả sử AM =

1 BC , khi đó A = 90o , trái giả thiết. 2 Trang 9

Giả sử AM < Xét

1 BC , tức là AM < BM và AM < MC. 2

∆ABM có

< AM < BM ⇒ B A1. Xét

∆ACM có

< AM < CM ⇒ C A2 . +C < . Do đó B A1 + A2 = BAC o

+C < 2 A ⇒ A > 180 = 90o trái giả thiết. Suy ra A + B 2 1 Vậy nếu A < 90o thì AM > BC. 2 •

Chứng minh mệnh đề nếu AM > Ta có AM >

1 BC thì A < 90o. 2

1 BC tức là AM > BM và AM > CM . 2

> > A1. Xét ∆ACM có AM > CM ⇒ C A2 . Xét ∆ABM có AM > BM ⇒ B o

180 +C > . Suy ra A + B +C > 2 A ⇒ Do đó B A1 + A2 = BAC A< = 90o. 2 18.14. (h.18.19) Gọi D là giao điểm của tia AG với BC. Ta có DB = DC do đó GD là đường trung tuyến của tam giác GBC.

< 90o (giả thiết) suy ra GD > 1 BC (xem Xét ∆GBC có BGC 2 bài 17.13) do đó AD >

3 BC. 2

(1)

Trên tia AD lấy điểm sao cho DK = DA. .

∆ACD = ∆KBD ( c.g.c ) . Suy ra AC = BK . Xét ∆ABK có AB + BK > AK . Do đó AB + AC > 2 AD. ( 2 ) 3 Từ (1) và (2), suy ra AB + AC > 2. .BC = 3BC. 2

Trang 10

Chương Chuyên đề 19. TÍNH CHẤT TIA PHÂN GIÁC CỦA MỘT GÓC. TÍNH CHẤT BA ĐƯỜNG PHÂN GIÁC CỦA TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Điểm nằm trên tia phân giác của một góc thì cách đều hai cạnh của góc đó (h.19.1). 2. Đảo lại, điểm nằm bên trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó. 3. Ba đường phân giác của một tam giác cùng đi qua một điểm. Điểm này cách đều ba cạnh của tam giác đó (h.19.2).

4. Trong một tam giác, hai đường phân giác của hai góc ngoài và đường phân giác của góc trong không kề cùng đi qua một điểm (h.19.3). B. Một số ví dụ Ví dụ 1. Cho tam giác ABC cân tại A. Trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa B vẽ tia Ax / / BC. Lấy

. Chứng minh rằng ∆OMN điểm O trên tia Ax, điểm M trên AB và điểm N trên AC sao cho AMO = ANO là tam giác cân.

Giải (h.19.4)

* Tìm cách giải. Ta có Ax / / BC nên dễ thấy Ax là tia phân giác của góc ngoài tại đỉnh A của tam giác ABC. Vì điểm O nằm trên tia phân giác này nên ta vẽ OH ⊥ AB, OK ⊥ AC để vận dụng tính chất cách đều hai cạnh của

điểm O. Từ đó dùng phương pháp tam giác bằng nhau để chứng minh OM = ON . * Trình bày lời giải. Trang 1

(cặp góc đồng vị); A2 = C (cặp góc so le trong). Ta có Ax / / BC nên A1 = B =C (hai góc ở đáy của tam giác cân) nên A1 = A2 . Mặt khác, B Vẽ OH ⊥ AB, OK ⊥ AC ta được OH = OK (tính chất điểm nằm trên tia phân giác). Ta chứng minh được ∆HOM = ∆KON (g.c.g). Suy ra OM = ON , do đó ∆OMN cân.

Ví dụ 2. Cho tam giác ABC vuông tại A, AB < AC. Trên cạnh AC lấy điểm D sao cho AD = AB. Gọi E là một điểm nằm giữa A và D sao cho tia BD là tia phân giác của góc CBE. Vẽ EH ⊥ BC. Tính số đo của góc CHD.

Giải (h.19.5)

* Tìm cách giải.

= 45°. Do đó cần chứng minh HD là đường phân giác của góc CHE. Vẽ hình chính xác, ta dự đoán CHD Muốn vậy phải chứng minh EC là đường phân giác ngoài tại đỉnh E của tam giác EBH.

* Trình bày lời giải.

1 = 1 = 1. (1) Ta có E ABC (cùng phụ với góc C). Do đó E ABD + B =D +B (2) (tính chất góc ngoài của ∆EBD). Lại có E 2 1 2

( = 45° ) và B 1 = B 2 nên E 1 = E 2. Mặt khác, ABD = D 1 Xét ∆EBH có D là giao điểm của đường phân giác góc B với đường phân giác góc ngoài tại đỉnh E nên HD là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh H.

= 90° : 2 = 45°. Suy ra CHD Vi dụ 3. Cho tam giác ABC vuông tại A. Vẽ AH ⊥ BC. Tia phân giác của góc HAC cắt BC tại K. Các đường phân giác của góc BAH và góc BHA cắt nhau tại O. Gọi M là trung điểm của AK. Chứng minh ba điểm B, O, M thẳng hàng. Giải (h.19.6) * Tìm cách giải. Xét tam giác ABH có O là giao điểm của hai đường phân giác nên O nằm trên đường phân giác của góc B. Để chứng minh ba điểm B, O, M thẳng hàng ta chỉ cần chứng minh M cũng nằm trên đường phân giác của góc B. Muốn thế ta phải chứng minh tam giác BAK cân tại B.

* Trình bày lời giải.

Trang 2

+ KAC = 90° (vì BAC = 90°) ; Ta có: BAK + KAH = 90° (vì BKA AHK = 90°). = KAH nên BAK = BKA , suy ra ∆BAK cân tại B. Mặt khác, KAC Xét ∆ABH có O là giao điểm của hai đường phân giác của góc A và góc H. Suy ra BO là đường phân giác của góc B. Xét ∆BAK cân tại B có BO là đường phân giác nên đồng thời là đường trung tuyến, do đó BO đi qua trung điểm M của AK. Vậy ba điểm B, O, M thẳng hàng.

C. Bài tập vận dụng • Tính góc đo, tính độ dài

19.1. Cho tam giác ABC. Gọi K là giao điểm của đường phân giác góc B với đường phân giác góc ngoài tại đỉnh C. Cho biết AKC = 65°, tính số đo của góc ABC.

= 150°, tính số 19.2. Cho tam giác ABC. Ba đường phân giác AD, BE, CF cắt nhau tại O. Cho biết BOC đo của góc EDF. 19.3. Cho tam giác ABC vuông tại A. Các tia phân giác của góc B, góc C cắt nhau Tại O. Cho biết OA = 8cm.

Tính khoảng cách từ O đến ba cạnh của tam giác.

19.4. Cho tam giác ABC, AB = 3cm, AC = 5cm, BC = 6cm. Gọi O là giao điểm các đường phân giác của góc B, góc C. Vẽ OH ⊥ BC . Tính các độ dài HB và HC. • Chứng minh tia phân giác

19.5. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Vẽ tam giác OBC vuông tại O sao cho O và A thuộc hai nửa mặt phẳng đổi nhau bờ BC. Chứng minh rằng tia OA là tia phân giác của góc BOC.

19.6. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Gọi M là trung điểm của BC. Lấy điểm N nằm giữa M và C. Vẽ BH ⊥ AN . Chứng minh rằng khi điểm N di động thì tia phân giác của góc BHN luôn đi qua một điểm cố

định. Trang 3

19.7. Cho tam giác ABC. Trên tia đổi của tia BC lấy điểm M, trên tia đổi của tia CB lấy điểm N sao cho BM = BA và CN = CA. Vẽ BH ⊥ AM , CK ⊥ AN . Hai đường thẳng BH và CK cắt nhau tại O.

Chứng minh rằng tia AO là tia phân giác của góc BAC.

19.8. Cho tam giác ABC, A = 120°. Các đường phân giác của góc B, góc C cắt nhau tại O. Vẽ tia Bx sao cho BA là tia phân giác của góc OBx. Vẽ tia Cy sao cho CA là tia phân giác của góc OCy. Hai tia Bx và CA cắt nhau tại E; hai tia Cy và BA cắt nhau tại D. Chứng minh rằng:

a) Tam giác ODE là tam giác đều; b) Tia OA là tia phân giác của góc DOE.

19.9. Cho tam giác ABC. Nếu cách vẽ đoạn thẳng MN / /BC ( M ∈ AB, N ∈ AC ) sao cho BM + CN = BC.

= 40°. Vẽ điểm D, điểm M trên cạnh BC sao cho AD ⊥ AC và 19.10. Cho tam giác ABC, A = 105°, B AD là đường phân giác của góc BAM.

Chứng minh rằng AB + AM = BC .

• Chứng minh thẳng hàng, đồng quy 19.11. Cho tam giác ABC. Gọi D, E, F lần lượt là các điểm nằm trên các cạnh BC, CA và AB sao cho BF = BD và CE = CD. Đường thẳng qua B và vuông góc với DF cắt đường thẳng qua C và vuông góc

với DE tại I. Đường thẳng qua B và song song với DF cắt đường thẳng qua C và song song với DE tại K. Chứng minh rằng ba điểm A, I, K thẳng hàng.

19.12. Cho tam giác ABC vuông tại A, tam giác DBC vuông tại D trong đó A và D thuộc cùng một nửa mặt phẳng bờ BC. Vẽ tia Ax sao cho AC là tia phân giác của góc DAx. Vẽ tia Dy sao cho DB là tia phân giác của góc ADy. Hai tia Ax và Dy cắt nhau tại K. Chứng minh rằng ba điểm B, K, C thẳng hàng.

19.13. Hãy nếu cách vẽ một đường thẳng chứa tia phân giác của một góc có đỉnh nằm ngoài tờ giấy 19.14. Cho tam giác ABC cân tại A. Qua A vẽ đường thẳng xy / / BC. Các đường phân giác của góc B, góc C cắt nhau tại O và cắt xy lần lượt tại D và E.

Chứng minh rằng các đường thẳng BE, CD và AO cùng đi qua một điểm.

Hướng dẫn giải 19.1. (h.19.7) Xét ∆ABC có đường phân giác của góc B và đường phân giác ngoài tại đỉnh C cắt nhau tại K. Suy ra AK là đường phân giác ngoài tại đỉnh A. = x (độ) thì CAx = x +C ; Ta đặt ABC 1

1. ACy = x + A + ACy = x +C +x+A 1 = x + 180°. Do đó CAx 1

Trang 4

Suy ra

+ CAx ACy x = 90° + 2 2

+  CAx ACy x x Xét ∆AKC có = 180° −  90° +  = 90° − AKC = 180° − 2 2 2  x Vì AKC = 65° nên 90° − = 65° ⇒ x = 50°. 2

19.2. (h.19.8)

= 180° − B + C Xét ∆BOC có BOC 2 = 180° −

BAC 180° − BAC = 90° + 2 2

= 150° nên 90° + BAC = 150° Mà BOC 2 = 120° ⇒ BAC

Vẽ các tia Ax, Ay lần lượt là tia đối của các tia AB, AC. =A =A =A = 60°. Dễ thấy A 1 2 3 4

Xét ∆ABD có AC là đường phân giác ngoài tại đỉnh A; BO là đường phân giác trong không kề. Hai đường phân giác này cắt nhau tại E, suy ra DE là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh D của ∆ABD Chứng minh tương tự ta được DF là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh D của ∆ACD.

= 90°. Suy ra DE ⊥ DF (hai đường phân giác của hai góc kề bù), do đó EDF 19.3. (h.19.9) Vì O là giao điểm các đường phân giác của góc B, góc C nên AO là đường phân giác góc A, do đó

= OAC = 45°. OAB Vẽ OH ⊥ AC thì ∆HAO vuông cân tại H, suy ra AH = OH . Áp dụng định lí Py-ta-go, ta có:

AH 2 + OH 2 = OA 2 ⇒ 2OH 2 =

( 8)

2

= 8 ⇒ OH 2 = 4 ⇒ OH = 2.

Vậy khoảng cách từ O tới mỗi cạnh của tam giác là 2cm.

19.4. (h.19.10) Vẽ thêm OK ⊥ AB; OI ⊥ AC.

∆AOK = ∆AOI (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ AK = AI . Chứng minh tương tự ta được BK = BH ; CI = CH . Trang 5

Suy ra BK + CI = BH + CH = BC = 6cm. Do

đó

AK + AI = ( 3 + 5 ) − 6 = 2cm

mà

AK = AI

nên

AK = AI = 1 cm.

Vậ y

BK = 3 − 1 = 2cm ⇒ BH = 2cm và CH = 6 − 2 = 4cm.

19.5. (h.19.11) Vẽ AH ⊥ OB, AK ⊥ OC , ta được

= ACK ABH

(hai góc có cạnh tương ứng vuông

góc).

∆ABH = ∆ACK (cạnh huyền, góc nhọn). Suy ra AH = AK .

Điểm A ở trong góc BOC và cách đều hai cạnh của góc này nên A nằm trên tia phân giác của góc đó. Như vậy tia OA là tia phân giác của góc BOC.

19.6. (h.19.12) Vẽ MD ⊥ BH , ME ⊥ AN .

∆DBM và ∆EAM có:

=E = 90°; D  1  BM = AM  = BC  ;  2  =A (cùng phụ với N ). B 1 1 1

Do đó ∆DBM = ∆EAM (cạnh huyền, góc nhọn). Suy ra MD = ME.

Điểm M cách đều hai cạnh của góc BHN nên HM là tia phân giác của góc BHN. Nói cách khác tia phân giác của góc BHN luôn đi qua một điểm cố định là điểm M.

19.7. (h. 19.13) ∆ABH = ∆MBH (cạnh huyền, cạnh góc vuông).

= MBH . Suy ra ABH = NCK . Chứng minh tương tự ta được ACK Xét ∆ABC có BH và CK là hai đường phân giác ngoài tại đỉnh B và đỉnh C cắt nhau tại O nên AO là đường phân giác của góc BAC.

19.8. (h.19.14)

Trang 6

a) Xét ∆ABC có hai đường phân giác góc B, góc C cắt nhau tại O. Suy ra tia AO là đường phân giác thứ ba.

= CAO = CAD Từ đó ta được BAO = 60°. = BAE ∆BAE = ∆BAO ( g.c.g ) ⇒ BE = BO. ∆CAD = ∆CAO ( g.c.g ) ⇒ CD = CO.

Do đó ∆BDE = ∆BDO (c.g.c)

⇒ DE = DO. (1) ∆CED = ∆CEO (c.g.c) ⇒ DE = OE. (2)

Từ (1) và (2) suy ra OD = OE = DE nên ∆ODE đều. = BDO (hai góc tương ứng của hai tam giác bằng nhau). b) Ta có BDE = CEO (hai góc tương ứng của hai tam giác bằng nhau). CED

Xét ∆ODE có hai đường phân giác của góc D, góc E cắt nhau tại A, suy ra OA là đường phân giác của góc DOE.

19.9. (h.19.15) • Tìm cách giải Giả sử đã vẽ được MN / / BC sao cho BM + CN = BC. Lấy điểm D ∈ BC sao cho BD = BM , khi đó CD = CN .

1 = D 1 mà M 2 = D 1 (cặp góc so le trong) nên M 1 = M 2 ∆BMD cân tại B ⇒ M =N . Chứng minh tương tự ta được N 1 2 Xét ∆AMN có D là giao điểm của hai đường phân giác góc ngoài tại đỉnh M và N, suy ra AD là đường phân giác của góc A. • Cách vẽ MN - Vẽ đường phân giác AD của ∆ABC - Trên cạnh BA lấy điểm M sao cho BM = BD; - Từ M vẽ MN / / BC ( N ∈ AC ) . Khi đó MN là đoạn thẳng cần vẽ. • Chứng minh

2 = D 1 (so le trong) mà M 1 = D 1 (hai góc ở đáy của tam giác Theo cách vẽ ta có MN / / BC , do đó M =M cân) nên M 1 2

Xét ∆AMN có D là giao điểm của đường phân giác góc A và đường phân giác góc ngoài tại đỉnh M nên

=N . ND là đường phân giác ngoài tại đỉnh N,do đó N 2 1 Trang 7

=D 2 , suy ra ∆CND cân, dẫn tới CN = CD. 2 = N (so le trong) nên N Mặt khác, D 1 2 Vậy BM + CN = BD + CD = BC.

19.10. (h.19.16) Trên tia đối của tia AB lấy điểm N sao cho AN = AM . Xét ∆ABM có AD ⊥ AC mà AD là đường phân giác trong của góc A nên AC là đường phân giác ngoài tại đỉnh A. Từ đó suy ra ∆ANC = ∆AMC (c.g.c) . ANC = AMC ⇒

= 105° − 90° = 15°, do đó BAM = 30°. Ta có BAD Xét

∆ABM

có

góc

là

AMC

góc

ngoài

nên

= BAM +B = 70° suy ra N = 70°. AMC

(

)

= 180° − B +N = 180° − 40° + 70° = 70°. Xét ∆BCN có BCN ( )

=N = 70° , suy ra ∆BCN cân tại B. Vậy BCN ( ) Do đó BN = BC , dẫn tới AB + AN = BC hay AB + AM = BC.

19.11. (h.19.17)

∆BDF

và

∆CDE

là

những

tam

giác

cân.

Mặt

khác,

BI ⊥ DF , CI ⊥ DE nên ta có BI và CI lần lượt là các đường phân giác của góc B và góc C. Suy ra I nằm trên đường phân giác của góc A. (1) Ta có BK / / DF mà BI ⊥ DF nên BI ⊥ BK , do đó BK là đường phân giác ngoài tại đỉnh B của ∆ABC Chứng minh tương tự ta được CK là đường phân giác ngoài tại đỉnh C của ∆ABC . Do đó K nằm trên đường phân giác của góc A. (2) Từ (1) và (2), suy ra ba điểm A, I, K thẳng hàng

19.12. (h.19.18)

Trang 8

Xét ∆ADK có AC là đường phân giác của góc trong tại đỉnh A. Mặt khác, AB ⊥ AC nên AB là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh A. Xét ∆ADK có B là giao điểm của một đường phân giác góc trong và đường phân giác góc ngoài không kề nên tia KB là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh K. Gọi O là giao điểm của AC và BD. Xét ∆ADK có O là giao điểm của hai đường phân giác nên KO là đường phân giác của góc K. Suy ra KO ⊥ KB (tính chất hai tia phân giác của hai góc kề bù). (1) Chứng minh tương tự ta được KO ⊥ KC . (2) Từ (1) và (2), suy ra ba điểm B, K, C thẳng hàng.

19.13. (H.19.19) Giả sử góc xOy có đỉnh O nằm ngoài tờ giấy, còn lại một phần của hai cạnh nằm trong tờ giấy. Ta vẽ đường thẳng chứa tia phân giác của góc xOy như sau: - Lấy A ∈ Mx và B ∈ Ny; - Vẽ các tia phân giác của góc MAB và NBA, chúng cắt nhau tại I; - Vẽ các tia phân giác của góc BAx và ABy, chúng cắt nhau tại K; - Vẽ đường thẳng IK, đường thẳng này chứa tia phân giác của góc xOy. Thật vậy, xét ∆OAB có I là giao

điểm của các đường phân giác của góc A, góc B. còn K là giao điểm của các đường phân giác ngoài tại đỉnh A, đỉnh B. Do đó I, K cùng nằm trên đường phân giác

của góc xOy, tức là đường thẳng IK chứa tia phân giác cúa góc xOy.

19.14. (h.19.20) Điểm O là giao điểm hai đường phân giác của góc B và góc C nên AO là đường phân giác của góc A. Vẽ tia At là tia đối của tia AB.

Trang 9

1 = ABC (cặp góc đồng vị); Vì xy / / BC nên A 2 = ACB (cặp góc so le trong) A = ACB nên A 1 = A 2. mà ABC Xét ∆ABC có D là giao điểm của đường phân giác góc B và đường phân giác góc ngoài tại đỉnh A nên CD là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh C. Chứng minh tương tự ta được BE là đường phân giác góc

ngoài tại đỉnh B. Ba đường thẳng BE, CD, AO là hai đường phân giác góc ngoài và đường phân giác của góc trong không kề nên chúng cùng đi qua một điểm.

Trang 10

Chuyên đề 20. TÍNH CHẤT BA ĐƯỜNG TRUNG TRỰC, BA ĐƯỜNG CAO CỦA TAM GIÁC A. Kiến thức cần nhớ 1. Điểm nằm trên đường trung trực của một đoạn thẳng thì cách đều hai mút của đoạn thẳng đó. 2. Điểm cách đều hai mút của một đoạn thẳng thì nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng đó. 3. Ba đường trung trực của một tam giác cùng đi qua một điểm. Điểm này cách đều ba đỉnh của tam giác đó và là tâm của đường tròn đi qua ba đỉnh của tam giác (gọi là đường tròn ngoại tiếp tam giác) (h.20.1).

4. Trong một tam giác, đoạn vuông góc vẽ từ một đỉnh đến đường thẳng chứa cạnh đối diện gọi là đường cao của tam giác đó. 5. Ba đường cao của một tam giác cùng đi qua một điểm (h.20.2). Điểm này gọi là trực tâm của tam giác. 6. Bổ sung tính chất của tam giác cân - Trong một tam giác cân, đường trung trực ứng với cạnh đáy, đồng thời là đường phân giác, đường trung tuyến và đường cao cùng xuất phát từ đỉnh đối diện với cạnh đó. - Trong một tam giác, nếu hai trong bốn loại đường trùng nhau thì tam giác đó là một tam giác cân. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho tam giác ABC, AB < AC. Trên cạnh AC lấy điểm M sao cho CM = AB. Vẽ đường trung trực của AC, cắt đường phân giác của góc A tại điểm O. Chứng minh rằng O nằm trên đường trung trực của BM.

Giải (h.20.3) * Tìm cách giải. Muốn chứng minh điểm O nằm trên đường trung trực của BM ta cần chứng minh điểm O cách đều hai đầu của đoạn thẳng BM, nghĩa là phải chứng minh OB = OM . Muốn vậy phải chứng minh

∆ABO = ∆CMO. Dễ thấy hai tam giác này có hai cặp cạnh bằng nhau nên chỉ cần chứng minh cặp góc xen giữa bằng nhau là đủ

* Trình bày lời giải Điểm O nằm trên đường trung trực của AC nên OA = OC. Trang 1

. Do đó ∆OAC cân tại O, suy ra A 2 = OCA . Mặt khác A2 = A1 nên A1 = OCA

; OA = OC nên ∆ABO = ∆CMO (c.g.c). Suy ra OB = OM . ∆ABO và ∆CMO có: AB = CM ; A1 = OCA Điểm O cách đều hai đầu của đoạn thẳng BM nên O nằm trên đường trung trực của BM. Ví dụ 2: Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AH. Tia phân giác của góc HAB và HAC cắt BC lần lượt tại M và N. Các đường phân giác của góc B, góc C cắt nhau tại O. Chứng minh rằng O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác AMN.

Giải (h.20.4) * Tìm cách giải. Muốn chứng minh O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác AMN, ta phải chứng minh O là giao điểm các đường trung trực của các cạnh AM và AN. Xét ∆ABN có BO là đường phân giác góc B nên để chứng minh BO là đường trung trực của AN thì chỉ cần chứng minh ∆ABN là tam giác cân tại B.

* Trình bày lời giải.

+ CAN = 90° (vì BAC = 90°). (1) Ta có BAN + NAH = 90° (vì H = 90°). (2) BNA = NAH nên từ (1) và (2) suy ra BAN = BNA do đó ∆ABN cân tại B. Mặt khác, CAN Xét ∆ABN cân tại B có BO là đường phân giác của góc B nên BO cũng là đường trung trực của cạnh AN. Chứng minh tương tự ta được CO là đường trung trực của cạnh AM. Xét ∆AMN có O là giao điểm của hai đường trung trực của hai cạnh AN và AM nên O là tâm đường tròn ngoại tiếp ∆AMN

Ví dụ 3. Cho tam giác ABC vuông tại A, đường trung tuyến BM. Qua M vẽ một đường thẳng vuông góc với BC cắt đường thẳng AB tại D. Vẽ điểm E sao cho M là trung điểm của DE. Chứng minh rằng

AE ⊥ BM .

Giải (h.20.5) * Tìm cách giải. Xét ∆DBC , dễ thấy M là trực tâm, suy ra BM ⊥ CD. Do đó muốn chứng minh

BM ⊥ AE ta chỉ cần chứng minh CD / / AE. * Trình bày lời giải. Xét ∆DBC có CA và DM là hai đường cao cắt nhau tại M nên M là trực tâm. Suy

Trang 2

ra BM là đường cao thứ ba, do đó BM ⊥ CD. Ta có ∆MEA = ∆MDC (c.g.c).

= MDC . Do đó AE / / CD. Suy ra MEA Từ (1) và (2) ta được AE ⊥ BM .

Ví dụ 4. Cho tam giác ABC cân tại A, A = 45°. Vẽ đường trung tuyến AM. Đường trung trực của cạnh AC cắt AB tại D. Trên cạnh AC lấy điểm E sao cho CE = BD. Chứng minh rằng ba đường thẳng AM, BE, CD đồng quy.

Giải (h.20.6) * Tìm cách giải. Vẽ hình chính xác ta dự đoán ba đường thẳng AM, BE, CD là ba đường cao của tam giác ABC nên chúng đồng quy. Do đó ta cần chứng minh

AM ⊥ BC , CD ⊥ AB và BE ⊥ AC.

* Trình bày lời giải. Điểm D nằm trên đường trung trực của AC nên DA = DC.

= 45°. Do đó ∆DAC cân suy ra ACD = CAD Xét ∆DAC có ADC = 180° − ( 45° + 45° ) = 90°. Vậy CD ⊥ AB.

=D = 90°. Do đó BE ⊥ AC. Ta lại có ∆BCD = ∆CEB (c.g.c) ⇒ E Mặt khác, AM là đường trung tuyến ứng với cạnh đáy của tam giác cân nên AM ⊥ BC. Xét ∆ABC có AM, BE và CD là ba đường cao nên chúng đồng quy.

C. Bài tập vận dụng • Tính chất đường trung trực 20.1. Cho tam giác ABC, góc A tù. Các đường trung trực của AB và AC cắt BC lần lượt tại D và E. Biết góc DAE có số đo bằng 30°, tính số đo của góc BAC.

20.2. Cho tam giác ABC. Trên các tia BA và CA lần lượt lấy các điểm D và E sao cho BD + CE = BC. Chứng minh rằng khi D và E di động thì đường trung trực của DE luôn đi qua một điểm cố định ở trong tam giác ABC.

20.3. Cho góc vuông xOy và một điểm A cố định ở trong góc đó. Vẽ góc BAC bằng 90° sao cho B ∈ Ox, C ∈ Oy. Gọi M là trung điểm của BC. Chứng minh rằng M nằm trên một đường thẳng cố định.

20.4. Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên cạnh BC lấy điểm M bất kì. Vẽ các điểm D và E sao cho AB là đường trung trực của MD, AC là đường trung trực của ME. Xác định vị trí của điểm M để cho đoạn thẳng DE có độ dài ngắn nhất.

20.5. Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AH. Trên cạnh AB lấy điểm M, trên cạnh AC lấy điểm N

= 90°. sao cho MHN a) Gọi O là trung điểm của MN. Chứng minh rằng khi M và N di động thì điểm O di động trên một đường thẳng cố định. Trang 3

b) Xác định vị trí của M và N để MN có độ dài nhỏ nhất.

20.6. Cho góc xOy khác góc bẹt. Lấy điểm M trên tia Ox, điểm N trên tia Oy sao cho OM + ON = a không đổi. Chứng minh rằng khi M và N di động trên các tia Ox, Oy thì đường trung trực của MN luôn đi qua một điểm cố định.

< 90° và C >1B . . Hãy tìm điểm M trên cạnh AB, điểm N trên cạnh 20.7. Cho tam giác ABC sao cho B 2 BC sao cho BM = MN = NC.

• Chứng minh đồng quy thẳng hàng 20.8. Cho tam giác ABC , AB < AC. Trên các tia BA và CA lần lượt lấy các điểm M và N sao cho BM = CN . Trên cạnh AC lấy điểm D sao cho CD = AB. Chứng minh rằng các đường trung trực của AD, BC và MN cùng đi qua một điểm.

20.9. Cho các tam giác ABC vuông tại A, tam giác DBC vuông tại D trong đó A và D cùng thuộc một nửa mặt phẳng bờ BC. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AD và BC. Vẽ AE ⊥ DN ; DF ⊥ AN . Chứng minh rằng ba đường thẳng AE, DF, MN cùng đi qua một điểm.

20.10. Cho tam giác nhọn ABC, đường cao AD. Trên tia DA lấy điểm H sao cho DH = DB. Trên tia DC lấy điểm K sao cho DK = DA. Chứng minh rằng KH ⊥ AB.

20.11. Cho tam giác ABC vuông tại A. Trên cạnh AB lấy điểm H, trên cạnh BC lấy điểm D sao cho

AHD + ACD = 180°. Đường thẳng DH cắt đường thẳng AC tại O. Chứng minh rằng hai đường thẳng OB và CH vuông góc với nhau.

20.12. Cho tam giác nhọn ABC , A = 60°. Hai đường cao BE, CF cắt nhau tại H. Đường trung trực của HB cắt AB tại M, đường trung trực của HC cắt AC tại N. Chứng minh rằng ba điểm M, H, N thẳng hàng.

20.13. Cho tam giác nhọn ABC. Gọi O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác và H là trực tâm của tam giác.

+ 2 BHC = 360°. Chứng minh rằng BOC • Tam giác cân 20.14. Cho tam giác ABC, đường phân giác AD. Một đường thẳng song song với AD cắt các đường thẳng AB và AC lần lượt tại E và F. Chứng minh rằng đường trung trực của EF luôn đi qua một điểm cố định.

20.15. Cho tam giác nhọn ABC, đường cao AH, đường trung tuyến BM và đường phân giác CD cắt nhau tại ba điểm phân biệt E, F, G. Hỏi tam giác EFG có thể là tam giác đều không?

Hướng dẫn giải 20.1. (h.20.7) Trang 4

Điểm D nằm trên đường trung trực của AB nên DA = DB. =B . Suy ra ∆DAB cân, do đó A 1 =C . Chứng minh tương tự, ta được A 2 +A =B +C = 180° − BAC . Ta có A 1 2

Mặt

(

= BAC − A +A A 3 1 2

khác,

(

)

nên

)

− 180° − BAC . 30° = BAC − 180° = 30° ⇒ BAC = 105°. Suy ra 2 BAC

20.2. (h.20.8) Vẽ tia phân giác của góc B, góc C, chúng cắt nhau tại điểm O ở trong tam giác ABC. Đó là một điểm cố

định. Trên cạnh BC lấy một điểm M sao cho BM = BD , khi đó

CM = CE. ∆BOD = ∆BOM ( c.g.c ) ⇒ OD = OM . (1) ∆COE = ∆COM ( c.g.c ) ⇒ OE = OM . (2) Từ (1) và (2) suy ra OD = OE.

Điểm O cách đều hai đầu đoạn thẳng DE nên O nằm trên đường trung trực của DE. Nói cách khác, đường trung trực của DE luôn đi qua một điểm cố định là điểm O.

20.3. (h.20.9) Tam giác ABC vuông tại A, tam giác OBC vuông ở O có AM, OM là các đường trung tuyến ứng với cạnh huyền nên MA = MO =

1 BC. 2

Điểm M cách đều hai đầu đoạn thẳng OA cố định nên M nằm trên đường trung trực của OA. Do đó M nằm trên một đường thẳng cố định. 20.4. (h.20.10) Vì AB, AC là đường trung trực của MD, ME nên

AD = AM và AE = AM .

∆AMD và ∆AME cân tại A, suy ra

1 = A 2, A 3 = A 4. A = 2A 2 ; MAE = 2A 3 Do đó MAD = MAD + MAE Ta có DAE Trang 5

)

(

+A = 2 BAC = 2.90° = 180°. =2 A 2 3 Suy ra ba điểm D, A, E thẳng hàng và DE = AD + AE = 2 AM . DE ngắn nhất ⇔ AM ngắn nhất ⇔ AM ⊥ BC. Vậy khi M là hình chiếu của A trên BC thì DE ngắn nhất hay khi AM là đường cao xuất phát từ đỉnh A của

∆ABC thì DE ngắn nhất.

20.5. (h.20.11) a) Theo tính chất đường trung tuyến ứng với cạnh huyền

OA =

c ủa

tam

giác

vuông

ta

có

1 1 MN ; OH = MN . 2 2

Vậy OA = OH .

Điểm O cách đều hai đầu đoạn thẳng AH nên O di động trên đường trung trực xy của AH. Vì AH cố định nên xy cố định. b) Ta có MN = OM + ON = OA + OH

≥ AH (bất đẳng thức tam giác mở rộng) Dấu " = " xảy ra

⇔ O nằm giữa A và H và OA = OH ⇔ O là trung điểm của AH MO là đường trung tuyến ứng với AH của ∆AMH và MO =

1 AH . 2

⇔ HM ⊥ AB; HN ⊥ AC .

Vậy MN có độ dài nhỏ nhất là bằng AH khi M và N lần lượt là hình chiếu của H trên AB, AC (hình 20.12).

20.6. (h.20.13)

Trên tia Oy lấy điểm A sao cho OA = a. Vì OM + ON = a nên OM = NA. Vẽ đường phân giác Ot của góc xOy và vẽ đường trung trực của OA chúng cắt nhau tại K. Ta phải chứng minh K là một điểm cố định và đường trung trực của MN đi qua K. Trang 6

Ta có OA trên tia Oy mà OA = a không đổi nên A là một điểm cố định, do đó đường trung trực của OA cũng cố định. Tia Ot là tia phân giác của góc xOy nên Ot cũng cố định. Điểm K là giao điểm của hai

đường thẳng cố định nên K cố định. =O . Mặt khác, Điểm K nằm trên đường trung trực của OA nên KO = KA, do đó ∆KOA cân ⇒ A 1 2

=O nên A 1 = O O 1 2 1

=A 1 và KO = KA. Do đó ∆KMO = ∆KNA ∆KMO và ∆KNA có: OM = NA; O 1 ⇒ KM = KN .

Vậy K nằm trên đường trung trực của MN, nói cách khác, đường trung trực của MN đi qua điểm cố định là điểm K.

20.7. (h.20.14) Tìm cách giải Giả sử đã xác định được điểm M ∈ AB, điểm N ∈ BC sao cho BM = MN = NC . =N . Ta có ∆MBN cân tại M nên B 1

1 = C . ∆MNC cân tại N nên M 1 là góc ngoài nên N =C +M = 2C . Xét ∆MNC có N 1 1 1 1 1

=1N = 1B . Suy ra C 1 1 2 2 Do đó xác định được điểm M rồi điểm N.

Cách xác định điểm M, điểm N

= 1B . Tia Cx cắt cạnh AB tại M. - Ở trong góc C, vẽ tia Cx sao cho BCx 2 - Vẽ đường trung trực của MC cắt cạnh BC tại N. Khi đó ta có BM = MN = NC. • Chứng minh

Điểm N nằm trên đường trung trực của MC nên NM = NC. (1)

1 = C . Do đó N = 2C = 2. 1 .B =B . ∆MNC cân tại N ⇒ M 1 1 1 2 Suy ra ∆ MBN là tam giác cân ⇒ MB=MN. (2) Từ (1) và (2), suy ra MB = MN = NC.

20.8. (h.20.15) Vẽ các đường trung trực của AD và BC, chúng cắt nhau tại O. Điểm O nằm trên đường trung trực của AD nên OA = OD.

Điểm O nằm trên đường trung trực của BC nên OB = OC. Ta có ∆OBA = ∆OCD (c.c.c). Trang 7

= OCD . Suy ra OBA Do đó ∆OBM = ∆OCN (c.g.c)

⇒ OM = ON . Điểm O cách đều hai đầu đoạn thẳng MN nên O nằm trên đường trung trực của MN. Vậy ba đường trung trực của AD, BC và MN cùng đi qua điểm O.

20.9. (h.20.16) Xét ∆ABC vuông tại A, ∆DBC vuông tại D có AN và DN là các đường trung tuyến ứng với cạnh huyền BC nên AN = DN =

1 BC. 2

Suy ra ∆NAD cân tại N, do đó đường trung tuyến NM cũng là đường cao. Ba đường thẳng AE, DF, MN là ba đường cao của ∆ NAD nên chúng cùng đi qua một điểm.

20.10. (h.20.17) Gọi E là giao điểm của BH và AK. ∆DBH vuông cân tại D = 45°. ∆DKA vuông cân tại D nên DAK = 45°. nên DBH + BKE = 45° + 45° = 90° Xét ∆EBK có DBE

= 90°, do đó BE ⊥ AK . suy ra BEK Xét ∆ABK có AD và BE là hai đường cao cắt nhau tại H Suy ra HK là đường cao thứ ba, do đó KH ⊥ AB

20.11. (h.20.18)

+ ACD = 180° (giả thiết) (1) Ta có AHD + BHD = 180° (kề bù). (2) và AHD = BHD . Từ (1) và (2), suy ra ACD + ACB = 90°. Xét ∆ABC vuông tại A có ABC + BHD = 90°. Suy ra BDH = 90°. Vậy HD ⊥ BC. Do đó ABC Xét ∆OBC có OD và BA là hai đường cao cắt nhau tại H, suy ra CH là đường cao thứ ba. Do đó CH ⊥ OB. Trang 8

20.12. (h.20.19) Hai góc BAC và BHC là hai góc có cạnh tương ứng vuông góc, một góc nhọn, một góc tù nên chúng bù nhau:

+ BHC = 180° ⇒ BHC = 180° − 60° = 120°. A Điểm M nằm trên đường trung trực của HB nên MH = MB. = MBH = 30°. Do đó ∆MHB cân tại M ⇒ MHB = 30°. Chứng minh tương tự ta được CHN + BHC + CHN = 30° + 120° + 30° = 180°. Vậy MHB

= 180°, do đó ba điểm M, H, N thẳng hàng. Suy ra MHN 20.13. (h.20.20) Vì ∆ABC nhọn nên O và H nằm trong tam giác.

Điểm O cách đều ba đỉnh của ∆ABC nên OA = OB = OC ,

do đó ∆AOB, ∆AOC cân tại O.

= 2A 1; O = 2A 2. Suy ra O 1 2

(

)

+O =2 A +A hay BOC = 2 BAC . Do đó O 1 2 1 2

Điểm H là trực tâm của ∆ABC nên BH ⊥ AC , CH ⊥ AB. Hai góc BAC và BHC là hai góc có cạnh tương ứng vuông góc, một góc nhọn, một góc tù nên

+ BAC = 180° ⇒ BHC = 180° − BAC , do đó 2 BHC = 360° − 2 BAC . BHC

(

)

+ 2 BHC = 2 BAC + 360° − 2 BAC = 360° Vậy BOC

20.14. (h.20.21)

=A 1; F =A 2. Ta có EF / / AD nên FEA 1 = A 2 nên FEA =F . Mặt khác, A Suy ra ∆AEF cân tại A. Trong tam giác cân, đường trung trực của cạnh đáy đồng thời là

đường phân giác của góc ở đỉnh nên đường trung trực d của EF đi qua đỉnh A. Đó là một điểm cố định. 20.15. (h.20.22)

= 60° nên C = 30°, C = 30°. Giả sử ∆EFG là tam giác đều, suy ra CEH 1 2 = EGF = 60°. Ta còn có CGM = 180° − 30° + 60° = 90°. Suy ra BM ⊥ AC. Do đó CMG ( ) Trang 9

Xét ∆ABC có đường trung tuyến BM đồng thời là đường cao nên ∆ABC cân.

= 30° + 30° = 60° nên ∆ABC là tam giác đều. Mặt khác, ACB Do đó ba đường AH, BM, CD phải đồng quy, tức là ba điểm E, F, G trùng nhau, trái giả thiết. Vậy ∆EFG không thể là tam giác đều.

Trang 10

Chuyên đề 21. CHỨNG MINH BA ĐƯỜNG THẲNG CÙNG ĐI QUA MỘT ĐIỂM (ĐỒNG QUY) A. Kiến thức cần nhớ Trong các chuyên đề trước ta gặp một số bài toán về chứng minh ba đường thẳng a, b, c đồng quy. Phương pháp giải các bài toán này là vận dụng định lí về các đường đồng quy của tam giác: - Ba đường trung tuyến của một tam giác đồng quy; - Ba đường phân giác của một tam giác đồng quy; - Ba đường trung trực của một tam giác đồng quy; - Ba đường cao của một tam giác đồng quy. Nếu ba đường thẳng a, b, c đã cho không phải là các đường chủ yếu của tam giác thì để chứng minh a, b, c đồng quy, ta có thể gọi giao điểm của a và b là O rồi chứng minh đường thẳng c đi qua O hay chứng minh O nằm trên đường thẳng c. Một số trường hợp có thể đưa bài toán chứng minh ba đường đồng quy về chứng minh ba điểm thẳng hàng. B. Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho tam giác ABC, góc A tù. Vẽ các đường thẳng m và n lần lượt là đường trung trực của AB và AC, cắt BC theo thứ tự tại E và F. Vẽ tia phân giác Ax của góc EAF. Chứng minh rằng các đường thẳng m, n và Ax đồng quy Giải (h.21.1) * Tìm cách giải. Gọi O là giao điểm của m và n. Ta phải chứng minh tia Ax đi qua O. Muốn vậy phải chứng minh

= OAF . OAE * Trình bày lời giải. Gọi O là giao điểm của hai đường thẳng m và n. Ta có: OB = OC = OA.

1. ∆AOE = ∆BOE (c.c.c). Suy ra A1 = B 2. ∆AOF = ∆COF (c.c.c). Suy ra A2 = C 1 = C 2 (vì ∆BOC cân tại O) nên A1 = A2 Mặt khác, B Do đó tia AO là tia phân giác của góc EAF. Suy ra ba đường thẳng m, n và Ax đồng quy tại O.

Ví dụ 2: Cho tam giác ABC cân tại A. Trên các cạnh AB, AC lần lượt lấy các điểm D và E sao cho AD = AE. Gọi M là trung điểm của BC. Chứng minh rằng ba đường thẳng AM, BE và CD đồng quy

Giải (h.21.2) * Tìm cách giải. Gọi O là giao điểm của BE và CD. Ta phải chứng minh AM đi qua O tức là phải chứng minh ba điểm A, O, M thẳng hàng.

Trang 1

* Trình bày lời giải. Ta có AB = AC , AD = AE , suy ra BD = CE.

1 = C 1. ∆EBC = ∆DCB (c.g.c) ⇒ B Gọi O là giao điểm của BE và CD. Vì ∆OBC cân tại O nên OB = OC. (1) Mặt khác, AB = AC (giả thiết) (2) và MB = MC (giả thiết) (3) Từ (1), (2), (3) suy ra ba điểm A, O, M thẳng hàng (vì cùng nằm trên

đường trung trực của BC). Do đó ba đường thẳng AM, BE, CD đồng quy.

Ví dụ 3. Cho tam giác ABC. Các đường phân giác các góc ngoài của tam giác cắt nhau tại D, E, F (D nằm trong góc A, E nằm trong góc B, F nằm trong góc C). a) Chứng minh rằng các đường thẳng AD, BE, CF đồng quy tại một điểm O. b) Điểm O có vị trí như thế nào đổi với tam giác DEF?

Giải (h.21.3) * Tìm cách giải. Từ giả thiết các đường phân giác ngoài cắt nhau ta nghĩ đến định lí ba đường phân giác của tam giác đồng quy. Vì vậy để chứng minh AD, BE, CF đồng quy ta chỉ cần chứng minh AD, BE, CF là ba đường phân giác của tam giác ABC.

* Trình bày lời giải. a) Xét tam giác ABC, các đường phân giác ngoài tại đỉnh B và đỉnh C cắt nhau tại D. Suy ra AD là đường phân giác trong tại đỉnh A. Chứng minh tương tự ta được BE, CF lần lượt là các đường phân giác trong tại đỉnh B, đỉnh C của tam giác ABC. Do đó ba đường thẳng AD, BE, CF đồng quy tại O. b) Ba điểm F, B, D thẳng hàng; ba điểm E, C, D thẳng hàng; ba điểm F, A, E thẳng hàng. Xét ∆DEF có AD ⊥ EF (hai đường phân giác của hai góc kề bù). Tương tự BE ⊥ DF , CF ⊥ DE nên AD, BE, CF là ba đường cao gặp nhau tại O. Do đó O là trực tâm của tam giác DEF.

Ví dụ 4. Cho tam giác ABC có A = 135°. Vẽ ra ngoài tam giác này các tam giác DAB và EAC vuông cân tại D và E. Vẽ AH ⊥ BC. Chứng minh rằng ba đường thẳng AH, BD, CE đồng quy.

Giải (h.21.4) * Tìm cách giải. Trong đề bài có yếu tố góc vuông, có yếu tố đường cao nên ta có thể dùng định lí ba đường cao của tam giác đồng quy. Trang 2

* Trình bày lời giải. Tam giác DAB vuông cân tại D ⇒ A1 = 45°. Tam giác EAC vuông cân tại E ⇒ A2 = 45°.

+ BAC = 45° + 135° = 180°, suy ra ba điểm D, A, C Ta có BAD thẳng hàng. Chứng minh tương tự ta được ba điểm B, A, E thẳng hàng. Xét ∆ABC có AH, BD, CE là ba đường cao nên chúng đồng quy.

* Lưu ý: Trực tâm của tam giác tù nằm ngoài tam giác. C. Bài tập vận dụng Đưa chứng minh đồng quy về chứng minh thẳng hàng 21.1. Trong hình 21.5 có: AB / / CD, AB = CD, AM = CN . Chứng minh rằng ba đường thẳng AC, BD và MN đồng quy.

= 60°. Gọi M là một điểm ở trong tam giác sao cho 21.2. Cho tam giác ABC vuông tại A, B = 40°, MCB = 20°. Vẽ điểm D và E sao cho đường thẳng BC là đường trung trực của MD và đường MBC thẳng AC là đường trung trực của ME. Chứng minh rằng ba đường thẳng BM, AC và DE đồng quy.

21.3. Cho tam giác nhọn ABC và điểm M nằm trong tam giác sao cho AMB = AMC = 120°. Trên nửa mặt

= BCy = 60°. phẳng bờ BC không chứa A vẽ các tia Bx và Cy sao cho CBx Chứng minh rằng ba đường thẳng AM, Bx, Cy đồng quy.

= 21.4. Hình 21.6 có BAx ABy < 90°. Gọi d là đường trung trực của AB. Chứng minh rằng các đường thẳng Ax, By và d đồng quy.

21.5. Cho tam giác ABC và một điểm O ở trong tam giác. 21.6. Gọi F và G lần lượt là trọng tâm của các tam giác AOB và AOC. Chứng minh rằng ba đường thẳng AO, BF, CG đồng quy.

Trang 3

Ba đường phân giác đồng quy 21.7. Trong hình 21.7, hai đường thẳng AB và CD không song song. Chứng minh rằng ba đường thẳng AB, CD, MN đồng quy.

21.8. Cho tam giác ABC, A = 120°. Vẽ các đường phân giác AD và CE cắt nhau tại O. Từ B vẽ đường thẳng xy ⊥ BO. Chứng minh rằng ba đường thẳng xy, DE và AC đồng quy.

21.9. Cho tam giác nhọn ABC, đường cao AD. Vẽ các điểm M và N sao cho AB và AC theo thứ tự là các đường trung trực của DM và DN. Gọi giao điểm của MN với AB và AC theo thứ tự là F và E. Chứng minh rằng ba đường thẳng AD, BE, CF đồng quy.

• Ba đường cao đồng quy 21.10. Cho tam giác ABC vuông ở A, đường cao AH. Gọi O và K lần lượt là giao điểm các đường phân giác của tam giác ABH và tam giác ACH. Vẽ AD ⊥ OK . Chứng minh rằng các đường thẳng AD, BO, CK đồng quy.

21.11. Cho tam giác ABC, đường cao AD. Trên nửa mặt phẳng bờ AB không chứa C vẽ đoạn thẳng

BF ⊥ BA và BF = BA. Trên nửa mặt phẳng bờ AC không chứa B vẽ đoạn thẳng CE sao cho CE ⊥ CA và CE = CA. Chứng minh rằng ba đường thẳng AD, BE, CF đồng quy.

21.12. Cho tam giác ABC vuông tại A, đường phân giác AD. Từ A, B, C vẽ các đường thẳng d1 , d 2 , d3 vuông góc với AD. Các đường thẳng d 2 và d3 lần lượt cắt AD tại E và F. Chứng minh rằng các đường thẳng d1 , BF , CE đồng quy.

• (Ba đường trung trực đồng quy, ba đường trung tuyến đồng quy 21.13. Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AH. Vẽ các đường phân giác của góc BAH và góc CAH cắt BC tại E và F. Gọi M là trung điểm của EF. Qua M vẽ đường thẳng d / / AH . Chứng minh rằng các

đường phân giác của góc B, góc C và đường thẳng d đồng quy. 21.14. Cho tam giác ABC vuông tại A, AB = 4cm; AC = 6cm. Trên cạnh BC lấy điểm D sao cho

= CAD ACD. Trên cạnh AC lấy điểm E, trên cạnh AB lấy điểm F sao cho BE = 5cm và CF = 40cm. Chứng minh rằng ba đường thẳng AD, BE, CF đồng quy.

21.15. Cho tam giác nhọn ABC, đường cao AH, đường phân giác BD và đường trung tuyến CM. Cho biết tam giác HDM là tam giác đều, chứng minh rằng ba đường thẳng AH, BD, CM đồng quy.

Hướng dẫn giải 21.1. (h.21.8) Gọi O là giao điểm của AC và BD, ta phải chứng minh MN đi qua O, tức là phải chứng minh ba điểm M, O, N thẳng hàng.

=C . Ta có ∆AOB = ∆COD (g.c.g) ⇒ OA = OC và A Trang 4

= NOC . ∆MOA = ∆NOC ( c.g.c ) ⇒ MOA + MOC = 180° (kề bù) Ta có MOA + MOC = 180° ⇒ MON là góc bẹt. ⇒ NOC

Do đó ba điểm M, O, N thẳng hàng, dẫn tới ba đường thẳng AC, BD và MN đồng quy.

21.2. (h.21.9)

Gọi O là giao điểm của hai đường thẳng BM và AC. Ta phải chứng minh DE đi qua O.

= 60° ⇒ C = 30° Xét ∆ABC vuông tại A, B = 180° − 40° + 30° = 110°. Ta có BOC ( ) = 180° − 110° + 10° = 60°. Do đó CMO ( ) Điểm C nằm trên đường trung trực của MD và ME nên CD = CM = CE . = CMO = 60°. Ta có ∆CEO = ∆CMO (c.c.c) ⇒ CEO

Xét tam giác CDE cân tại C có

)

(

= DCM + ECM = 2 BCM + ACM = 2. ACB = 60°. DCE

= 60°. Vậy ∆CDE là tam giác đều ⇒ CED = CEO = 60° , hai tia ED và EO trùng nhau dẫn tới ba Vậy CED ( ) điểm D, O, E thẳng hàng. Do đó ba đường thẳng BM, AC và DE đồng quy.

21.3. (h.21.10) Gọi O là giao điểm của các tia Bx và Cy. Ta

phải

chứng

minh

đường

thẳng

AM

đi

qua

O.

Vẽ

OH ⊥ MB; OK ⊥ MC . = 60°. (1) Tam giác BOC là tam giác đều nên BOC

Trang 5

+ AMC + BMC = 360° Ta có tổng AMB = 360° − 120° + 120° = 120°. (2) ⇒ BMC ( ) + MCO = 180°. Từ (1) và (2), ta tính được MBO + HBO = 180° nên MCO = HBO (cùng bù với MBO ). Mặt khác, MBO

Ta có ∆KCO = ∆HBO (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ OK = OH .

∆MOK = ∆MOH

(cạnh

huyền,

cạnh

góc

vuông)

= HMO = 120° : 2 = 60°. ⇒ KMO + KMO = 120° + 60° = 180°. Do đó AMC Suy ra ba điểm A, M, O thẳng hàng, dẫn tới ba đường thẳng AM, Bx, Cy đồng quy.

21.4. (h.21.11) Gọi O là giao điểm của hai tia Ax và By.

=B nên OA = OB, suy ra điểm O nằm trên đường trung trực Xét ∆AOB có A d của AB. Vậy các đường thẳng Ax, By và d đồng quy.

21.5. (h.21.12) Gọi M là trung điểm của OA. Xét ∆AOB có F là trọng tâm nên đường thẳng BF đi qua trung điểm M của AO. Xét ∆AOC có G là trọng tâm nên đường thẳng CG đi qua trung điểm M của AO. Do đó ba đường thẳng AO, BF, CG đồng quy tại trung điểm M của AO.

21.6. (h.21.7) Hai đường thẳng AB và CD không song song nên chúng cắt nhau tạo thành một góc. Hai điểm M và N nằm trong góc đó, cùng cách đều hai đường thẳng này nên chúng nằm trên tia phân giác của góc này. Suy ra ba đường thẳng AB, CD và MN đồng quy tại đỉnh của góc.

21.7. (h.21.13) Xét tam giác ABC có hai đường phân giác AD, CE cắt nhau tại O nên BO là đường phân giác của góc ABC.

Đường thẳng xy đi qua B và vuông góc với BO nên xy là đường phân giác ngoài tại đỉnh B của góc ABD. Gọi Ax là tia đối của tia AD. Trang 6

= 120° nên dễ thấy A 1 = A 2 = A 3 = A 4 = 60 0. Vì BAC Xét ∆ADC có AE là đường phân giác ngoài tại đỉnh A, CE là đường phân giác trong tại đỉnh C nên DE là

đường phân giác ngoài tại đỉnh D. Xét ∆ABD có đường thẳng AC là đường phân giác ngoài tại đỉnh A, đường thẳng xy là đường phân giác ngoài tại đỉnh B, đường thẳng DE là đường phân giác trong tại đỉnh D. Do đó ba đường thẳng xy, DE và AC đồng quy.

21.8. (h.21.14) Điểm F nằm trên đường trung trực của DM nên FD = FM . Suy ra ∆FDM cân tại F do đó FB là đường phân giác tại

đỉnh F của ∆DEF . Chứng minh tương tự ta được EC là đường phân giác ngoài tại đỉnh E của ∆DEF . Xét ∆DEF có hai đường phân giác ngoài cắt nhau tại A nên DA là đường phân giác của góc EDF. (1) Mặt khác, DB ⊥ DA nên DB là đường phân giác ngoài tại D.

Điểm B là giao điểm của hai đường phân giác ngoài tại đỉnh F và D của ∆DEF nên EB là đường phân giác của góc DEF. (2) Chứng minh tương tự ta được FC là đường phân giác của góc DFE. (3) Từ (1), (2), (3), suy ra AD, BE, CF đồng quy. * Lưu ý: Nếu bỏ điều kiện nhọn của tam giác ABC thì bài toán vẫn đúng.

21.9. (h.21.15)

= ACB Xét ∆ABC vuông tại A, AH ⊥ BC nên BAH

). (cùng phụ với ABC Gọi M là giao điểm của AO và CK, gọi N là giao điểm của AK và BO. Vì O là giao điểm của các đường phân giác của ∆ABH

= HAO . nên BAO = BCK Vì K là giao điểm của các đường phân giác của ∆ACH nên ACK + MCA = MAC + ACB = MAC + BAH = MAC + MAB = BAC = 900. Xét ∆AMC có MAC 2 2 = 90 0 ⇒ CM ⊥ AO. Suy ra AMC

Chứng minh tương tự ta được BN ⊥ AK . Xét ∆AOK có AD, BO và CK là ba đường cao nên đồng quy.

21.10. (h.21.16) Trên tia đối của tia AD lấy điểm K sao cho AK = BC. Trang 7

=D + ACB = 90° + ACB . Xét ∆ADC có góc KAC là góc ngoài nên KAC = 90° + ACB nên KAC = BCE . Mặt khác, BCE =E . Ta có ∆KAC = ∆BCE (c.g.c) ⇒ C 1 +C = 90° nên E +C = 90°. Vì C 1 2 2 Gọi G là giao điểm của BE với KC. +C = 90° nên G = 90° ⇒ BE ⊥ KC. Xét ∆GCE có E 2

Chứng minh tương tự, ta có CF ⊥ AB. Xét ∆KBC có AD, BE, CF là ba đường cao nên chúng đồng quy.

21.11. (h.21.17)

1 = 45° nên là tam giác vuông cân. Tam giác EAB vuông tại E , A Suy ra EA = EB. Tương tự, ta có: FA = FC. Từ F vẽ một đường thẳng vuông góc với CE cắt d1 tại G. Gọi K là giao điểm của đường thẳng EG với BF. Trang 8

= FCE (hai góc có cạnh tương ứng vuông góc). Ta có AFG ∆AFG = ∆FCE (g.c.g) ⇒ AG = FE. . ∆AGE = ∆EFB (c.g.c) ⇒ AGE = EFB = 90° ⇒ EFB + KEF = 90° ⇒ EK ⊥ BF. Ta có AGE + AEG

Xét ∆EFG có CE, BF và d1 là ba đường cao do đó ba đường thẳng này đồng quy.

21.12. (h.21.18)

= ACB Tam giác ABC vuông tại A, AH ⊥ BC nên BAH (cùng phụ với góc ABC) = ABC (cùng phụ với ACB ). Ta có CAH

Xét

∆AFC

có

AFB

là

góc

ngoài

nên

+ FCA = FAH + BAH = FAB . AFB = FAC Suy ra ∆BAF cân tại B do đó đường phân giác của góc B cũng là đường trung trực của AF. Chứng minh tương tự ta được ∆CAE cân tại C do đó

đường phân giác của góc C cũng là đường trung trực của AE. Ta có d / / AH mà AH ⊥ EF nên d ⊥ EF. Mặt khác, ME = MF nên d là đường trung trực của EF. Xét ∆AEF có các đường phân giác của góc B, góc C cùng với đường thẳng d là ba đường trung trực nên chúng đồng quy.

21.13. (h.21.19)

= ACD ⇒ ∆DAC cân ⇒ DC = DA. (1) Ta có CAD + ACB = 90°. Tam giác ABC vuông tại A ⇒ ABC + CAD = 90° mà ACB = CAD nên ABC = BAD . Mặt khác, BAD Do đó ∆DAB cân ⇒ DB = DA. (2) Từ (1) và (2) suy ra DC = DB. Vậy D là trung điểm của BC. Xét ∆ABE vuông tại A có AE 2 = BE 2 − AB 2 = 25 − 16 = 9 ⇒ AE = 3 ( cm ) ⇒ E là trung điểm của AC. Trang 9

Xét ∆AFC vuông tại A có AF 2 = CF 2 − AC 2 =

2

( ) −6 40

2

=4

⇒ AF = 2 ( cm )

⇒ F là trung điểm của AB. Xét ∆ABC có AD, BE, CF là ba đường trung tuyến nên chúng đồng quy.

21.14. (h.21.20)

Tam giác ABH vuông tại H, có HM là đường trung tuyến nên HM = Suy ra DM =

1 AB 2

1 AB (vì HM = DM ). 2

Do đó ∆DAB vuông tại D. Tam giác ABC có BD vừa là đường phân giác vừa là đường cao nên là tam giác cân tại B

⇒ BA = BC (1) dẫn tới DA = DC. Xét ∆HAC và ∆HAB vuông tại H có HD =

1 1 AC; HM = AB mà HD = HM nên AC = AB. (2) 2 2

Từ (1) và (2) suy ra AB = BC = CA do đó ∆ABC đều. Trong tam giác đều ABC, đường cao AH, đường trung tuyến CM cũng là đường phân giác. Suy ra AH, BD, CM đồng quy.

Trang 10

Chuyên đề 22. BẤT ĐẲNG THỨC VÀ CỰC TRỊ HÌNH HỌC A. Kiến thức cần nhớ Để chứng minh hai đoạn thẳng hai góc không bằng nhau ta có thể: 1. Dùng quan hệ giữa góc và cạnh đối trong một tam giác (h.22.1)

∆ABC : =C . AC > AB ⇔ B Suy ra trong tam giác tù (hoặc tam giác vuông) thì cạnh đối với góc tù (hoặc góc vuông) là cạnh lớn nhất. 2. Dùng quan hệ giữa góc và cạnh đối trong hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau (h.22.2) ∆ABC và ∆A ' B ' C ' có:

AB = A ' B '; AC = A ' C '. Khi đó: BC > B ' C ' ⇔ A> A'

3. Dùng quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên, giữa đường xiên và hình chiếu AH ⊥ a, B, M ∈ a (h.22.3). Khi đó:

AM ≥ AH (dấu “=” xảy ra ⇔ M ≡ H ) AM ≥ AB ⇔ HM ≥ HB 4. Dùng bất đẳng thức tam giác (h.22.4) ∆ABC : b−c < a < b+c

Mở rộng: Với ba điểm A, B, C bất kì bao giờ ta cũng có: AB ≤ AC + CB (dấu " = " xảy ra ⇔ C thuộc đoạn thẳng AB). Tìm giá trị lớn nhất của độ dài đoạn thẳng AB thay đổi Ta phải chứng minh AB ≤ a (số a không đổi) và chỉ rõ khi nào dấu " = " xảy ra. Khi đó giá trị lớn nhất của độ dài AB là bằng a. Ta viết maxAB = a.

Tìm giá trị nhỏ nhất của độ dài đoạn thẳng AB thay đổi Ta phải chứng minh AB ≥ b (số b không đổi) và chỉ rõ khi nào dấu " = " xảy ra. Khi đó giá trị nhỏ nhất của độ dài AB là bằng b. Ta viết minAB = b.

Trang 1

B. Một số ví dụ

<B . Vẽ đường trung tuyến AM. Trên tia đổi của tia MA lấy điểm D. Chứng Ví dụ 1. Tam giác ABC có C minh rằng AB + CD < AC + BD.

Giải (h.22.5) * Tìm cách giải. Để chứng minh AB + CD < AC + BD ta có thể chứng minh AB < AC và CD < BD. Sau đó cộng từng vế hai bất đẳng thức.

* Trình bày lời giải. Tam giác ABC có ACB < ABC suy ra AB < AC. (1) Xét ∆AMB và ∆AMC có: MB = MC ; AM chung; AB < AC nên AMB < AMC.

< BMD . Suy ra CMD Xét ∆CMD và ∆BMD có: MC = MB; MD chung;

< BMD nên CD < BD. (2) CMD Từ (1) và (2), suy ra: AB + CD < AC + BD.

* Nhận xét: Nếu a < b và c < d thì a + c < b + d .

≥ 90°. Gọi O là trung điểm của BC. Vẽ BD ⊥ AO; CE ⊥ AO ( D, E Ví dụ 2. Cho tam giác ABC có B thuộc đường thẳng AO). Chứng minh rằng AB <

AD + AE 2

Giải (h.22.6) * Tìm cách giải. Ta có AB <

AD + AE ⇔ 2 AB < AD + AE. 2

Để chứng minh 2AB < AD + AE ta biểu diễn AB theo hai cách khác nhau rồi dùng tính chất cộng từng vế của hai bất đẳng thức cùng chiều sẽ có được 2AB.

* Trình bày lời giải. Ta có ∆BOD = ∆COE (cạnh huyền-góc nhọn) ⇒ OD = OE.

≥ 90° nên OA là cạnh lớn nhất, do đó Xét ∆AOB có B AB < AO. (*) Suy ra AB < AD + OD. (1) Từ (*) ta được: AB < AE − OE. (2) Từ (1) và (2) suy ra: 2 AB < AD + OD + AE − OE. Do đó 2AB < AD + AE (vì OD = OE ).

Trang 2

Vậy AB <

AD + AE 2

Ví dụ 3. Cho đoạn thẳng AB và trung điểm O của nó. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờ AB vẽ các tia Ax

= 90°. Đặt và By cùng vuông góc với AB. Lấy điểm E ∈ Ax, điểm F ∈ By sao cho EOF AOE = m°. Xác định giá trị của m để EF có độ dài ngắn nhất. Giải (h.22.7) * Tìm cách giải. Vẽ EH ⊥ By. Dễ thấy EF ≥ EH = AB (không đổi). Ta cần tìm giá trị của m để dấu " = " xảy ra. Khi đó minEF = AB.

* Trình bày lời giải. Vẽ EH ⊥ By. Theo tính chất đoạn chắn song song ta được

EH = AB và AE = BH . Theo quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên ta có EF ≥ EH , do đó EF ≥ AB. Dấu " = " xảy ra ⇔ F ≡ H ⇔ AE = BF ⇔ ∆AOE = ∆BOF

= 45° (vì = 90°). ⇔ AOE = BOF AOE + BOF Vậy EF có độ dài ngắn nhất (bằng độ dài AB) khi và chỉ khi AOE = 45°, tức là khi và chỉ khi m = 45.

Ví dụ 4. Cho góc nhọn xOy và một điểm A ở trong góc đó. Xác định điểm M trên tia Ox, điểm N trên tia Oy sao cho OM = ON và tổng AM + AN nhỏ nhất.

Giải (h.22.8) * Tìm cách giải. Xét ba điểm A, M, N ta có AM + AN ≥ MN nhưng độ dài MN lại thay

đổi. Do đó không thể kết luận tổng AM + AN có giá trị nhỏ nhất bằng độ dài MN được. Ta phải thay thế tổng AM + AN bằng tổng của hai đoạn thẳng có tổng lớn hơn hoặc bằng độ dài của một đoạn thẳng cố định. Muốn vậy ta cần vẽ thêm hình phụ để tạo thêm một điểm E cố định. * Trình bày lời giải. Trên nửa mặt phẳng bờ Oy không chứa A vẽ tia Ot sao cho

yOt = AOx. Trên tia Ot lấy điểm E sao cho OE = OA. Như vậy hai điểm A và E cố định, đoạn thẳng AE có độ dài không đổi. Ta có ∆AOM = ∆EON (c.g.c) ⇒ AM = EN . Do đó AM + AN = EN + AN . Gọi F là giao điểm của AE với tia Oy. Trang 3

Xét ba điểm N, A, E ta có: EN + AN ≥ AE (dấu " = " xảy ra ⇔ N ≡ F ). Vậy min AM + AN = AE khi N ≡ F . Điểm M ∈ Ox sao cho OM = ON .

C. Bài tập vận dụng • Quan hệ giữa cạnh và góc đối trong tam giác 22.1. Cho tam giác ABC , A = 60°. Chứng minh rằng BC 3 < AB 3 + AC 3 . 22.2. Cho tam giác ABC , AB < AC. Vẽ ra ngoài tam giác này các tam giác vuông cân tại A là ABE và ACF. Gọi D là trung điểm của BC. Chứng minh rằng DE < DF .

1 >B 22.3. Cho tam giác ABC , A > 90° và AB = BC. Chứng minh rằng C 2 2

22.4. Cho tam giác ABC, đường trung tuyến AM. Chứng minh rằng AM >

BC khi và chỉ khi góc A nhọn. 2

22.5. Cho tam giác ABC và một điểm D nằm trong tam giác. Chứng minh rằng trong bốn điểm A, B, C, D tồn tại ba điểm là ba đỉnh của một tam giác có một góc lớn hơn 29°.

• Quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên 22.6. Cho điểm A nằm ngoài đường thẳng a. Lấy điểm B ∈ a. Qua A vẽ một đường thẳng vuông góc với AB cắt đường thẳng a tại C. Xác định vị trí của điểm B đế BC có độ dài nhỏ nhất.

22.7. Cho tam giác ABC cân tại A, BC = a. Gọi O là một điểm trên đáy BC. Qua O vẽ các đường thẳng song song với hai cạnh bên, cắt AB và AC lần lượt tại M và N. Tìm độ dài nhỏ nhất của MN.

22.8. Cho tam giác đều ABC cạnh dài 4cm. Trên các cạnh AB và AC lần lượt lấy các điểm D và E sao cho AD = CE. Tính độ dài nhỏ nhất của DE.

= 45°; C = 30° và AC = 52cm. Điểm M nằm giữa B và C. Tính giá trị lớn 22.9. Cho tam giác ABC , B nhất của tổng các khoảng cách từ B và C đến đường thẳng AM.

22.10. Chứng minh rằng trong các tam giác có một góc bằng α và tổng hai cạnh kề góc ấy bằng 2a thì tam giác cân có góc ở đỉnh bằng α là tam giác có chu vi nhỏ nhất.

• Bất đẳng thức tam giác 22.11. Cho tam giác ABC. Gọi xy là đường phân giác góc ngoài tại đỉnh C. Tìm trên xy một điểm M sao cho tổng MA + MB ngắn nhất.

22.12. Cho tam giác ABC có AB = 12; AC = 16. Gọi M là một điểm trong mặt phẳng. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức S = 7 MA + 3MB + 4 MC.

22.13. Cho tam giác nhọn ABC, trực tâm H. Chứng minh rằng tổng HA + HB + HC nhỏ hơn

2 chu vi 3

của tam giác ABC. Trang 4

22.14. Cho tam giác ABC vuông cân tại A, AB = a. Tìm một điểm M sao cho tam giác MAC cân tại M, đồng thời tổng MA + MB nhỏ nhất. Tìm giá trị nhỏ nhất đó.

22.15. Cho đường thẳng xy và tam giác ABC có cạnh AB nằm trên một nửa mặt phẳng bờ xy còn đỉnh C di động trên xy. Biết AB = 13cm, khoảng cách từ A và B đến xy lần lượt bằng 2cm và 7cm. Tính giá trị nhỏ nhất của chu vi tam giác ABC.

22.16. Một hộp gỗ hình lập phương mỗi cạnh dài 20cm. Đáy ABCD đặt áp sát mặt bàn. Nắp hộp A ' B ' C ' D ' có thể mở dựng đứng lên trên (h.22.9). Một con kiến ở đỉnh A muốn bò tới đỉnh C ' bằng cách vượt qua cạnh A ' B ' thì phải bò một quãng đường ngắn nhất là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải 22.1. (h.22.10)

=C thì ∆ABC cân, A = 60° nên ∆ABC đều. Nếu B Do đó AB = BC = CA. Suy ra AB 3 = BC 3 = CA3 . Vậy BC 3 < AB3 + CA3 . >C thì B > 60° (vì B +C = 120°). Nếu B <B ⇒ BC < AC . Do đó A

Suy ra BC 3 < AB3 + CA3 .

<C , cũng chứng minh tương tự, ta được: BC 3 < AB3 + CA3 . Nếu B 22.2. (h.22.11) Theo định lí Py-ta-go ta có BE 2 = 2 AB 2 , CF 2 = 2 AC 2 mà AB < AC nên BE < CF. Dễ thấy ∆ABF = ∆AEC (c.g.c). Suy ra BF = CE.

Trang 5

Xét ∆CBE và ∆BCF có: BC chung, < FBC hay ECD < FBD . CE = BF , BE < CF nên ECB

< FBD . Xét ∆ECD và ∆FBD có: CE = BF , DC = DB và ECD Do đó DE < DF (định lí hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau).

22.3. (h.22.12) Vẽ đường trung trực của BC cắt BC tại M, cắt AC tại N.

= NBC . Ta có NB = NC; ∆NBC cân ⇒ C  1  ∆BAM có BA = BM  = BC  nên là tam giác cân.  2 

1 = M 1 , mà BAN > 90°, BMN = 90° nên MAN > AMN Suy ra A ⇒ MN > AN (quan hệ giữa cạnh đối trong một tam giác).

∆MBN và ∆ABN có BM = BA, BN chung và MN > AN . > Do đó MBN ABN (định lí hai tam giác có hai cặp cạnh bằng nhau). + MBN > . Suy ra MBN ABN + MBN

> ABC ⇒ 2C >B (vì C = MBN ) ⇒ C >B Do đó 2 MBN 2 22.4. (h.22.13) Trên tia đối của tia MA lấy điểm D sao cho MD = MA.

1 = D . ∆ABM = ∆DCM (c.g.c) ⇒ AB = CD và A Do đó AB / / CD + DCA = 180° (cặp góc trong cùng phía). (*) ⇒ BAC

• Chứng minh mệnh đề: “Nếu góc A nhọn thì AM > Nếu AM =

BC " 2

BC thì 2AM = BC do đó AD = BC. 2

∆BAC = ∆DCA

= DCA = 180° : 2 = 90°, trái giả (c.c.c) ⇒ BAC

thiết. Nếu AM <

BC thì 2AM < BC do đó AD < BC. 2

∆BAC và ∆DCA có: AB = CD; AC chung và BC > AD. > DCA Do đó BAC

> 90°, trái giả thiết. Từ (*) suy ra BAC Trang 6

Vậy nếu A nhọn thì AM >

BC 2

• Chứng minh mệnh đề: "Nếu AM >

BC thì góc A nhọn." 2

= 90° thì từ (*) suy ra DCA = 90°. Nếu A ∆BAC = ∆DCA (c.g.c) ⇒ BC = AD hay AM =

BC , trái giả thiết. 2

> 90° thì từ (*) suy ra DCA < 90°. Vậy BAC > DCA . Nếu A > DCA . ∆BAC và ∆DCA có: AB = CD; AC chung và BAC Do đó BC > AD hay BC > 2 AM tức là AM < Vậy nếu AM >

BC , trái giả thiết. 2

BC thì góc A nhọn. 2

22.5. (h.22.14) + BDC + CDA = 360°. Vẽ các đoạn thẳng DA, DB, DC. Ta có ADB

Suy ra tồn tại ít nhất một góc có số đo nhỏ hơn hoặc bằng 120° (vì nếu cả ba góc này đều lớn hơn 120° thì tổng của chúng lớn hơn

360°, vô lí). Giả sử góc đó là góc BDC.

≤ 120°, suy ra Xét ∆BDC có BDC + DCB ≥ 60°. DBC

Do đó tồn tại ít nhất một góc lớn hơn hoặc bằng 30° > 29°. Vậy ba điểm cần tìm là B, C, D.

22.6. (h.22.15) Gọi M là trung điểm của BC và H là hình chiếu của A trên đường thẳng a. Khi đó AH có độ dài không đổi. Ta có ∆ABC vuông tại A nên AM =

1 BC 2

hay BC = 2 AM ≥ 2 AH (quan hệ giữa đường vuông góc với đường xiên) Do đó BC có độ dài nhỏ nhất là 2AH ⇔ M ≡ H ⇔ ∆ABH vuông cân. Ta xác định điểm B như sau: Trang 7

- Dựng AH ⊥ BC; - Trên đường thẳng a đặt HB = HA (h.22.16)

22.7. (h.22.17) Vẽ MH ⊥ BC , NK ⊥ BC , NI ⊥ MH . Khi đó IN = HK và IH = NK (tính chất đoạn chắn song song). =C =B . Ta có OM / / AC ⇒ BOM

Do đó ∆MBO cân tại M, từ đó ta được HB = HO. Tương tự ta có KC = KO. Suy ra HK =

a 1 BC = 2 2

Theo quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên ta có a MN ≥ IN = HK = . 2

Dấu " = " xảy ra ⇔ M ≡ I (h.21.18) ⇔ MH = NK ⇔ ∆MHB = ∆NKC ⇔ BH = CK

⇔ OH = OK ⇔ OB = OC ⇔ O là trung điểm của BC. Vậy min MN =

a khi O là trung điểm của BC. 2

22.8. (h.22.19) Vẽ DH ⊥ BC , EK ⊥ BC , DF ⊥ EK . Ta có DF = HK (tính chất đoạn chắn song song). Các tam giác vuông HBD và KCE có =E = 30° nên BH = 1 BD; CK = 1 CE. D 2 2

Do đó BH + CK =

1 1 1 BD + CE ) = ( BD + AD ) = AB = 2cm. ( 2 2 2

Suy ra HK = 2cm. Ta có DE ≥ DF = HK = 2cm. Dấu " = " xảy ra ⇔ E ≡ F ⇔ DH = EK ⇔ ∆HBD = ∆KCE ⇔ BD = CE

⇔ BD = AD ⇔ D là trung điểm của AB (khi đó E là trung điểm của AC). Vậy độ dài nhỏ nhất của DE là 2cm khi D và E lần lượt là trung điểm của AB và AC.

22.9. (h.22.20) Vẽ BD ⊥ AM , CE ⊥ AM ( D, E ∈ AM ) . Ta có BD ≤ BM , CE ≤ CM (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên). Do đó BD + CE ≤ BM + CM = BC (dấu " = " xảy ra ⇔ D và E trùng Trang 8

với M ⇔ AM ⊥ BC ). Vậy tổng BD + CE có giá trị lớn nhất là bằng độ dài BC • Tính độ dài BC (h.22.21) Vẽ AH ⊥ BC. = 30° nên AH = 1 AC = 52 : 2 = 26 cm . ∆AHC vuông tại H có C ( ) 2

Ta có HC 2 = AC 2 − AH 2 = 522 − 262 = 2028 ⇒ HC ≈ 45 ( cm ) . = 45° nên là tam giác vuông cân Xét ∆ABH vuông tại H, có B

⇒ BH = AH = 26cm. Do đó BC = 26 + 45 = 71( cm ) .

Vậy giá trị lớn nhất của tổng BD + CE là 71cm khi M là hình chiếu của A trên BC.

22.10. (h.22.22)

= α và AB + AC = 2a. Xét ∆ABC có A Ta phải chứng minh rằng khi AB = AC = a thì chu vi ∆ABC sẽ nhỏ nhất. Thật vậy, giả sử AB < AC. Trên tia AB lấy điểm B ', trên tia AC lấy điểm C ' sao cho AB ' = AC ' = a.

Khi đó B ' và C ' là các điểm cố định và B ' C ' có độ dài không đổi. Ta có AB + AC = AB '+ AC ' = 2a. Do đó AB + ( AC '+ C ' C ) = ( AB + BB ' ) + AC ' ⇒ CC ' = BB '. Vẽ BH ⊥ B ' C ' và CK ⊥ B ' C '. ∆BB ' H = ∆CC ' H (cạnh huyền, góc nhọn) ⇒ HB ' = KC ' do đó HK = B ' C '. (1)

Gọi M là giao điểm của BC và B ' C '. Ta có MH ≤ MB; MK ≤ MC ⇒ MH + MK ≤ MB + MC hay HK ≤ BC. (2) Từ (1) và (2) suy ra BC ≥ B ' C '. Ta có chu vi ∆ABC = AB + BC + CA ≥ 2a + B ' C ' (không đổi). Dấu " = " xảy ra ⇔ B ' ≡ B và C ' ≡ C. Vậy chu vi ∆ABC nhỏ nhất khi AB = AC = a, tức là khi ∆ABC cân tại A.

22.11. (h.22.23) Vẽ AH ⊥ xy, tia AH cắt đường thẳng BC tại D. Khi đó BD không đổi. ∆CHA = ∆CHD (g.c.g) ⇒ HA = HD ⇒ xy là đường trung trực của AD.

Gọi M là một điểm bất kì trên xy. Trang 9

Ta có MA = MD (tính chất điểm nằm trên đường trung trực). Do đó MA + MB = MD + MB ≥ BD (dấu " = " xảy ra ⇔ M ≡ C ). Vậy tổng MA + MB ngắn nhất là bằng BD khi và chỉ khi M ≡ C

22.12. (h.22.24) Ta có S = 7 MA + 3MB + 4 MC

= 3 ( MA + MB ) + 4 ( MA + MC ) ≥ 3 AB + 4 AC = 3.12 + 4.16 = 100. Dấu " = " xảy ra

⇔ M thuộc đoạn thẳng AB và AC ⇔ M ≡ A. Vậy minS = 100 khi M ≡ A.

22.13. (h.22.25) Từ H vẽ đường thẳng song song với AB cắt AC tại D; đường thẳng song song với AC cắt AB tại E. Theo tính chất đoạn thẳng song song ta có

AD = HE , AE = HD. Vì HB ⊥ AC nên HB ⊥ HE

⇒ HB < BE (quan hệ giữa đường vuông góc và đường xiên). Chứng minh tương tự ta được HC < CD. Xét ∆AHD có HA < AD + DH (bất đẳng thức tam giác). Suy ra

HA + HB + HC < ( AD + DH ) + BE + CD = ( AD + AE ) + BE + CD = ( AD + CD ) + ( AE + BE ) = AC + AB. (1) Chứng minh tương tự, ta được:

HA + HB + HC < AB + BC. (2) HA + HB + HC < BC + CA. (3) Cộng từng vế các bất đẳng thức (1), (2), (3) ta được:

3 ( HA + HB + HC ) < 2 ( AB + BC + CA ) . Do đó HA + HB + HC <

2 ( AB + BC + CA ) . 3

22.14. (h.22.26) Tam giác ABC vuông cân tại A nên theo định lí Py-ta-go ta tính được BC = a 2. Tam giác MAC cân tại M ⇒ MA = MC do đó M nằm trên đường trung trực d của AC. Xét tổng MA + MB = MC + MB ≥ BC = a 2 Trang 10

Dấu " = " xảy ra khi M ≡ O với O là giao điểm của d với cạnh BC. Vậy giá trị nhỏ nhất của tổng MA + MB là a 2 khi M ≡ O * Nhận xét: Ta thấy MA + MB ≥ AB = a, nhưng không có vị trí nào của M để dấu " = " xảy ra. Vì thế không thể kết luận min ( MA + MB ) = a.

22.15. (h.22.27) Xác định vị trí của C để chu vi tam giác ABC nhỏ nhất Chu vi của ∆ABC là CA + CB + AB. Do AB cố định nên chu vi ∆ABC nhỏ nhất ⇔ CA + CB nhỏ nhất. Vẽ AH ⊥ xy. Trên tia đối của tia HA lấy điểm D sao cho HD = HA. Khi đó BD là một đoạn thẳng cố định. Gọi C ' là một

điểm trên xy. ∆AHC ' = ∆DHC ' (c.g.c) ⇒ C ' A = C ' D. Xét ba điểm BDC’ ta có C ' B + C ' D ≥ BD (dấu " = " xảy ra ⇔ C ' ≡ C với C là giao điểm của BD với xy). Do đó C ' B + C ' D nhỏ nhất là bằng BD khi C ' ≡ C Suy ra khi C là giao điểm của BD với xy thì chu vi ∆ABC nhỏ nhất. • Tính giá trị nhỏ nhất của chu vi tam giác ABC Vẽ BK ⊥ xy, BI ⊥ AH ta tính được IH = 7cm; IA = 5cm và ID = 9cm. Áp dụng định lí Py-ta-go vào ∆IAB vuông tại I ta có:

BI 2 = AB 2 − IA 2 = 132 − 52 = 144. Áp dụng định lí Py-ta-go vào tam giác vuông IDB, ta được

BD 2 = IB 2 + ID 2 = 144 + 92 = 225 ⇒ BD = 15 ( cm ) . Vậy giá trị nhỏ nhất của chu vi tam giác ABC là CA + CB + AB = BD + AB = 15 + 13 = 28 ( cm ) .

22.16. (h.22.28) Gọi M là điểm trên cạnh A ' B ' mà con kiến phải qua khi bò từ A đến C ' Mở nắp hộp A ' B ' C ' D ' đứng lên đến vị trí A ' B ' C1D1 . Xét ba điểm A, M , C1 ta có MA + MC1 ≥ AC1 . Dấu " = " xảy ra

⇔ M trùng với giao điểm O của AC1 với cạnh A ' B '.

⇔ ∆A ' AM = ∆B ' C1 M (g.c.g) ⇔ MA ' = MB ' ⇔ M là trung điểm của A ' B '. Ta có AC12 = AB 2 + BC12 = 202 + 402 = 2000 ⇒ AC1 = 2000 ≈ 44, 7 ( cm ) . Trang 11

Vậy quãng đường ngắn nhất mà kiến phải bò là 44,7cm khi kiến bò qua trung điểm M của cạnh A ' B ' theo hành trình: đoạn thẳng AM rồi đoạn thẳng MC '.

Trang 12