Trang chủ » Kiến Thức » Toán học » Diện Tích Hình Thoi: Công Thức, Chu Vi, Bài Tập

Diện Tích Hình Thoi: Công Thức, Chu Vi, Bài Tập

Diện Tích Hình Thoi: Công Thức, Chu Vi, Bài Tập

Diện tích hình thoi bằng một nửa tích hai đường chéo: S = d1 × d2 / 2. Nếu đề cho cạnh a và chiều cao h thì S = a × h; nếu đề cho cạnh a và một góc α thì S = a² × sin α. Chu vi hình thoi là P = 4 × a. Ví dụ: hình thoi có hai đường chéo 10cm và 24cm có diện tích S = 10 × 24 / 2 = 120cm², độ dài mỗi cạnh là 13cm và chu vi là 52cm.

Hình thoi là gì?

Hình thoi là tứ giác có bốn cạnh bằng nhau. Mọi hình thoi đều là hình bình hành hình bình hành, nên hai cặp cạnh đối song song và hai cặp góc đối bằng nhau. Hai góc kề một cạnh có tổng bằng 180°.

Điểm làm hình thoi khác một hình bình hành bất kỳ nằm ở hai đường chéo:

  • Hai đường chéo vuông góc với nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường.
  • Mỗi đường chéo là đường phân giác của hai góc mà nó đi qua.
  • Hai đường chéo là hai trục đối xứng của hình thoi; giao điểm của chúng là tâm đối xứng.

Để nhận ra một hình thoi, dùng một trong các dấu hiệu sau:

  • Tứ giác có bốn cạnh bằng nhau.
  • Hình bình hành có hai cạnh kề bằng nhau.
  • Hình bình hành có hai đường chéo vuông góc với nhau.
  • Hình bình hành có một đường chéo là đường phân giác của một góc.

Hình vuông là một hình thoi đặc biệt. Hình thoi là hình vuông khi có một góc vuông, hoặc khi hai đường chéo bằng nhau; không có điều kiện đó thì hình thoi không phải hình vuông.

Công thức tính diện tích hình thoi

Biết hai đường chéo

Hình thoi ABCD có hai đường chéo AC bằng d1 và BD bằng d2 cắt nhau vuông góc tại điểm O, bốn cạnh bằng nhau và cùng ký hiệu a
Hình thoi ABCD: hai đường chéo AC = d1, BD = d2 vuông góc tại O

S = d1 × d2 / 2

Trong đó S là diện tích, d1 và d2 là độ dài hai đường chéo, đo cùng đơn vị.

Vì sao chia 2: vẽ hình chữ nhật có hai cạnh d1 và d2 bao ngoài hình thoi, bốn đỉnh của hình thoi nằm đúng trung điểm bốn cạnh của hình chữ nhật. Bốn tam giác vuông ở bốn góc hình chữ nhật ghép lại vừa khít bằng hình thoi, nên diện tích hình thoi bằng một nửa diện tích hình chữ nhật d1 × d2.

Hình thoi nội tiếp trong hình chữ nhật có chiều dài d1 và chiều rộng d2, bốn tam giác vuông ở bốn góc tô cam có tổng diện tích bằng hình thoi
Hình chữ nhật d1 × d2 gồm hình thoi và bốn tam giác vuông ở góc có tổng diện tích bằng hình thoi

Cũng có thể chia hình thoi bằng hai đường chéo thành 4 tam giác vuông bằng nhau diện tích tam giác. Mỗi tam giác có hai cạnh góc vuông d1/2 và d2/2, diện tích d1 × d2 / 8; bốn tam giác cho d1 × d2 / 2.

Ví dụ 1: Hình thoi có hai đường chéo 10cm và 24cm. Diện tích: S = 10 × 24 / 2 = 120cm².

Biết cạnh và chiều cao

Hình thoi ABCD có cạnh a, góc A bằng alpha và đường cao DH bằng h kẻ từ đỉnh D vuông góc xuống cạnh AB tại điểm H
Đường cao DH = h kẻ từ D xuống cạnh đáy AB; góc ở A là α

S = a × h

Hình thoi là hình bình hành nên diện tích bằng cạnh đáy nhân chiều cao tương ứng. Chiều cao h là khoảng cách giữa cạnh đáy và cạnh song song với nó, ví dụ đoạn DH kẻ từ D vuông góc với AB như hình trên. Bốn cạnh bằng nhau nên chọn cạnh nào làm đáy cũng được.

Chiều cao luôn không lớn hơn cạnh (h ≤ a), và chỉ bằng cạnh khi hình thoi là hình vuông. Nếu đề cho h lớn hơn a thì số liệu đã sai.

Ví dụ 2: Hình thoi có cạnh 9cm, chiều cao 5cm. Diện tích: S = 9 × 5 = 45cm².

Biết cạnh và một góc

S = a² × sin α

Trong đó a là cạnh, α là số đo một góc bất kỳ của hình thoi. Công thức đến từ S = a × h: trong tam giác vuông AHD ở hình trên, h = a × sin α, nên S = a × a × sin α. Hai góc kề nhau của hình thoi bù nhau (α và 180° − α) và sin của chúng bằng nhau, nên dùng góc nhọn hay góc tù đều cho cùng một kết quả.

Ví dụ 3: Hình thoi cạnh 8cm, một góc 30°. Diện tích: S = 8² × sin 30° = 64 × 0,5 = 32cm². Nếu đề cho góc tù 150° thì sin 150° = 0,5, kết quả vẫn là 32cm².

Mở rộng (cho học sinh đã học công thức góc nhân đôi): ba công thức khớp nhau. Gọi α là góc ở đỉnh mà một đường chéo đi qua; đường chéo đó bị chia đôi thành hai đoạn dài a × cos(α/2), còn đường chéo kia có nửa độ dài a × sin(α/2). Thay vào công thức hai đường chéo: S = ½ × 2a·cos(α/2) × 2a·sin(α/2) = a² × 2·sin(α/2)·cos(α/2) = a² × sin α.

Hình thoi có góc 60°: hai tam giác đều

Hình thoi ABCD có góc A bằng 60 độ, đường chéo ngắn BD bằng cạnh a chia hình thành hai tam giác đều, đường chéo dài AC bằng a căn 3
Góc 60°: đường chéo ngắn BD = a (hai tam giác đều ABD, CBD), đường chéo dài AC = a√3

Với góc 60° (đồng thời góc đối cũng 60°), đường chéo nối hai đỉnh còn lại chia hình thoi thành hai tam giác cân có góc ở đỉnh 60°, tức hai tam giác đều. Đường chéo ngắn bằng đúng cạnh a, đường chéo dài bằng a√3, và diện tích gọn thành S = a² × √3 / 2.

Ví dụ 4: Hình thoi cạnh 4cm, một góc 60°. Đường chéo ngắn bằng 4cm. Nửa đường chéo dài là √(4² − 2²) = √12 = 2√3, nên đường chéo dài bằng 4√3 ≈ 6,93cm. Diện tích: S = 4 × 4√3 / 2 = 8√3 ≈ 13,86cm². Kiểm lại bằng công thức góc: 4² × sin 60° = 16 × √3/2 = 8√3, khớp.

Chu vi hình thoi

Bốn cạnh bằng nhau nên chu vi bằng bốn lần một cạnh:

P = 4 × a

Khi đề chỉ cho hai đường chéo, tìm cạnh bằng định lý Pythagoras trong tam giác vuông tạo bởi hai nửa đường chéo. Hai đường chéo vuông góc và cắt nhau tại trung điểm O, nên tam giác AOB vuông tại O với hai cạnh góc vuông d1/2, d2/2 và cạnh huyền là cạnh a của hình thoi.

Tam giác vuông AOB tô cam trong hình thoi ABCD: hai cạnh góc vuông là nửa hai đường chéo d1 chia 2 và d2 chia 2, cạnh huyền là cạnh a, kèm hệ thức a bình phương bằng tổng hai bình phương
Tam giác vuông AOB: cạnh a là cạnh huyền, hai cạnh góc vuông là nửa hai đường chéo

a = √[(d1/2)² + (d2/2)²] = ½ × √(d1² + d2²)    suy ra    P = 2 × √(d1² + d2²)

Ví dụ 5: Hình thoi ở Ví dụ 1 có hai đường chéo 10cm và 24cm. Nửa đường chéo là 5cm và 12cm. Cạnh: a = √(5² + 12²) = √169 = 13cm. Chu vi: P = 4 × 13 = 52cm.

Khi đề không cho đủ hai đường chéo

Đề có thể cho một đường chéo cùng với cạnh hoặc chu vi. Khi đó tìm nửa đường chéo còn lại bằng Pythagoras, nhân đôi, rồi dùng công thức hai đường chéo. Nếu đề cho tổng và hiệu hai đường chéo thì tìm từng đường chéo như bài toán tổng – hiệu.

Ví dụ 6 (biết cạnh và một đường chéo): Hình thoi cạnh 17cm, một đường chéo 16cm. Nửa đường chéo đã biết là 8cm, nên nửa đường chéo còn lại là √(17² − 8²) = √225 = 15cm. Đường chéo còn lại: 30cm. Diện tích: S = 16 × 30 / 2 = 240cm².

Ví dụ 7 (biết chu vi và một đường chéo): Hình thoi có chu vi 40cm, một đường chéo 12cm. Cạnh: a = 40 / 4 = 10cm. Nửa đường chéo đã biết là 6cm, nên nửa đường chéo còn lại là √(10² − 6²) = √64 = 8cm, đường chéo còn lại là 16cm. Diện tích: S = 12 × 16 / 2 = 96cm².

Ví dụ 8 (biết tổng và hiệu hai đường chéo): Hai đường chéo của hình thoi có tổng 66cm, đường chéo dài hơn đường chéo ngắn 10cm. Đường chéo dài: (66 + 10) / 2 = 38cm; đường chéo ngắn: (66 − 10) / 2 = 28cm. Diện tích: S = 38 × 28 / 2 = 532cm².

Chỉ biết độ dài cạnh thì chưa tính được diện tích: cùng cạnh 12cm, hình thoi có thể có diện tích 72cm², 124,71cm² hay 144cm² tùy góc (xem mục dưới). Luôn cần thêm một dữ kiện nữa: một đường chéo, chiều cao hoặc một góc.

Bài toán ngược: biết diện tích, tìm đường chéo hoặc chiều cao

Từ S = d1 × d2 / 2 và S = a × h, suy ra:

  • Đường chéo còn lại: d2 = 2 × S / d1
  • Chiều cao: h = S / a
  • Cạnh: a = S / h

Ví dụ 9: Hình thoi có diện tích 135cm², một đường chéo dài 18cm. Đường chéo còn lại: d2 = 2 × 135 / 18 = 15cm.

Ví dụ 10: Hình thoi có diện tích 133cm², cạnh 19cm. Chiều cao: h = 133 / 19 = 7cm.

Đơn vị khi tính diện tích hình thoi

Hai đường chéo (hoặc cạnh và chiều cao) phải cùng đơn vị đo trước khi nhân. Kết quả ghi bằng đơn vị diện tích tương ứng: cm², dm², m². Khi đổi đơn vị diện tích, nhớ 1m² = 10.000cm².

Ví dụ 11: Hình thoi có một đường chéo 2,4m, đường chéo kia 90cm. Đổi 2,4m = 240cm. S = 240 × 90 / 2 = 10.800cm² = 1,08m² (vì 10.800 / 10.000 = 1,08). Cũng có thể đổi 90cm = 0,9m rồi tính S = 2,4 × 0,9 / 2 = 1,08m².

Cùng cạnh, khác góc: diện tích thay đổi thế nào?

Ba hình thoi cùng cạnh 12cm với góc 30 độ, 60 độ và 90 độ có diện tích lần lượt 72cm², 72 căn 3 xấp xỉ 124,71cm² và 144cm²; hình thoi góc 90 độ là hình vuông
Cùng cạnh 12cm, góc tăng từ 30° đến 90° thì diện tích tăng từ 72cm² đến 144cm²

Với cạnh a cố định, chu vi 4a không đổi nhưng diện tích a² × sin α thay đổi theo góc α. Vì sin α lớn nhất bằng 1 khi α = 90°, trong các hình thoi có cùng cạnh, hình vuông có diện tích lớn nhất: S = a² diện tích hình vuông.

Công thức hai đường chéo vẫn đúng cho hình vuông, khi hai đường chéo bằng nhau (d1 = d2 = d): S = d² / 2.

Ví dụ 12: Hình vuông cạnh 6cm có đường chéo d = 6√2 cm. Theo công thức hai đường chéo: S = d² / 2 = 72 / 2 = 36cm², đúng bằng 6².

Bảng tóm tắt công thức hình thoi

Cần tính Công thức Dữ kiện cần có
Diện tích S = d1 × d2 / 2 Hai đường chéo
Diện tích S = a × h Cạnh và chiều cao
Diện tích S = a² × sin α Cạnh và một góc
Chu vi P = 4 × a Cạnh
Cạnh a = ½ × √(d1² + d2²) Hai đường chéo
Đường chéo còn lại d2 = 2 × √[a² − (d1/2)²] Cạnh và một đường chéo
Đường chéo còn lại d2 = 2 × S / d1 Diện tích và một đường chéo
Chiều cao h = S / a Diện tích và cạnh
Diện tích (góc 60°) S = a² × √3 / 2 Cạnh, có một góc 60°

Lỗi hay gặp khi tính diện tích hình thoi

  • Quên chia 2: với hình thoi hai đường chéo 10cm và 24cm, tích 10 × 24 = 240 mới chỉ là diện tích hình chữ nhật bao ngoài; diện tích hình thoi là một nửa của nó.
  • Thay cạnh vào chỗ đường chéo: trong hình thoi ABCD, đường chéo là AC và BD, còn AB, BC, CD, DA là cạnh. Đề cho cạnh 13cm thì không được lấy 13 thay cho d1 hay d2; phải tìm đường chéo bằng Pythagoras như Ví dụ 6 rồi mới dùng d1 × d2 / 2.
  • Coi chiều cao bằng nửa đường chéo: chiều cao là khoảng cách giữa hai cạnh đối, không phải d1/2 hay d2/2. Từ S = a × h suy ra h = d1 × d2 / (2a); với hình thoi ở Ví dụ 1, h = 120 / 13 ≈ 9,23cm, không phải 5cm hay 12cm.
  • Nhập sai chế độ góc trên máy tính: nếu máy đang tính theo đơn vị khác với độ, sin 30° sẽ không ra 0,5 và mọi kết quả sau đều lệch. Kiểm tra sin 30° trước khi tính.
  • Sai đơn vị: nhân 2,4m với 90cm khi chưa đổi về cùng đơn vị, hoặc ghi đáp số diện tích là cm thay vì cm². Diện tích dùng đơn vị bình phương (cm², m²), chu vi dùng cm, m.
  • Dùng S = d² / 2 khi đề chỉ cho một đường chéo: công thức này chỉ đúng cho hình vuông, vì trong các hình thoi, chỉ hình vuông có hai đường chéo bằng nhau. Với hình thoi khác phải tìm đủ cả hai đường chéo.

Bài tập tự luyện

Tự làm trước khi xem đáp án.

Bài 1. Tính diện tích hình thoi có hai đường chéo 14cm và 30cm.

Xem đáp án

S = 14 × 30 / 2 = 210cm²

Bài 2. Hình thoi có cạnh 15cm và chiều cao 11cm. Tính diện tích.

Xem đáp án

S = 15 × 11 = 165cm²

Bài 3. Hình thoi có cạnh 14cm và một góc 120°. Tính diện tích.

Xem đáp án

sin 120° = sin 60° = √3/2. S = 14² × √3/2 = 98√3 ≈ 169,74cm²

Bài 4. Hình thoi có cạnh 29cm và một đường chéo 42cm. Tính đường chéo còn lại và diện tích.

Xem đáp án

Nửa đường chéo đã biết: 42 / 2 = 21cm. Nửa đường chéo còn lại: √(29² − 21²) = √400 = 20cm, nên đường chéo còn lại là 40cm. Diện tích: S = 42 × 40 / 2 = 840cm²

Bài 5. Hình thoi có diện tích 231cm², một đường chéo 21cm. Tính đường chéo còn lại.

Xem đáp án

d2 = 2 × 231 / 21 = 462 / 21 = 22cm

Bài 6. Một mảnh đất hình thoi có hai đường chéo 40m và 30m. Tính diện tích mảnh đất và độ dài hàng rào bao quanh.

Xem đáp án

Diện tích: S = 40 × 30 / 2 = 600m². Cạnh: a = √(20² + 15²) = √625 = 25m. Hàng rào bao quanh bằng chu vi: P = 4 × 25 = 100m

Xem thêm

Câu hỏi thường gặp

Công thức tính diện tích hình thoi là gì?

Diện tích hình thoi bằng một nửa tích hai đường chéo: S = d1 × d2 / 2. Ngoài ra còn hai cách khác: S = a × h (cạnh nhân chiều cao) và S = a² × sin α (cạnh bình phương nhân sin của một góc). Ví dụ hai đường chéo 10cm và 24cm cho S = 10 × 24 / 2 = 120cm².

Chu vi hình thoi tính thế nào?

Chu vi hình thoi bằng 4 lần độ dài một cạnh: P = 4 × a, vì bốn cạnh bằng nhau. Nếu chỉ biết hai đường chéo thì tìm cạnh bằng Pythagoras: a = ½ × √(d1² + d2²). Ví dụ hai đường chéo 10cm và 24cm cho cạnh 13cm, chu vi 52cm.

Hình thoi là gì?

Hình thoi là tứ giác có bốn cạnh bằng nhau. Mọi hình thoi đều là hình bình hành; hai đường chéo của hình thoi vuông góc với nhau, cắt nhau tại trung điểm mỗi đường và là phân giác các góc của hình thoi.

Tính diện tích hình thoi khi biết cạnh và góc như thế nào?

Dùng công thức S = a² × sin α, trong đó a là cạnh và α là số đo một góc bất kỳ của hình thoi. Ví dụ cạnh 8cm, góc 30° cho S = 64 × 0,5 = 32cm². Góc 150° cũng cho kết quả 32cm² vì sin 150° = sin 30°.

Tính cạnh hình thoi khi biết hai đường chéo bằng cách nào?

Hai đường chéo vuông góc và cắt nhau tại trung điểm, tạo tam giác vuông có hai cạnh góc vuông là nửa hai đường chéo và cạnh huyền là cạnh hình thoi: a = √[(d1/2)² + (d2/2)²]. Ví dụ d1 = 10cm, d2 = 24cm thì a = √(5² + 12²) = 13cm.

Hình vuông có phải là hình thoi không?

Có. Hình vuông có bốn cạnh bằng nhau nên là một hình thoi đặc biệt, có thêm bốn góc vuông và hai đường chéo bằng nhau. Ngược lại, hình thoi chỉ là hình vuông khi có một góc vuông hoặc có hai đường chéo bằng nhau.