
Hình thang cân có hai cạnh bên bằng nhau, hai đường chéo bằng nhau, hai góc kề một đáy bằng nhau và có một trục đối xứng đi qua trung điểm hai đáy. Ngược lại, một hình thang có hai góc kề một đáy bằng nhau, hoặc có hai đường chéo bằng nhau, thì là hình thang cân.
Hình thang cân là hình thang có hai góc kề một cạnh đáy bằng nhau. Với hình thang ABCD có đáy AB và CD (AB // CD), hình thang đó là hình thang cân khi ∠C = ∠D, hoặc ∠A = ∠B. Trong bài, AB là đáy nhỏ, CD là đáy lớn, AD và BC là hai cạnh bên.

Với hình thang cân ABCD (AB // CD), O là giao điểm của hai đường chéo, M và N là trung điểm của AB và CD:
| Tính chất | Viết bằng ký hiệu | Ghi chú |
|---|---|---|
| Hai cạnh bên bằng nhau | AD = BC | Hai cạnh bên là hai cạnh không song song |
| Hai góc kề một đáy bằng nhau | ∠C = ∠D và ∠A = ∠B | Hai góc ở đáy lớn là góc nhọn, hai góc ở đáy nhỏ là góc tù |
| Hai góc kề một cạnh bên bù nhau | ∠A + ∠D = 180°, ∠B + ∠C = 180° | Vì AB // CD (hai góc trong cùng phía) |
| Hai đường chéo bằng nhau | AC = BD | Dùng được làm dấu hiệu nhận biết |
| Giao điểm O cách đều hai đầu mỗi đáy | OA = OB và OC = OD | Tam giác OAB và tam giác OCD đều cân tại O |
| Có một trục đối xứng | Đường thẳng MN | MN đi qua trung điểm hai đáy, vuông góc với hai đáy, là đường trung trực của cả AB và CD (đường trung trực là gì) |
| Nội tiếp được đường tròn | ∠A + ∠C = 180°, ∠B + ∠D = 180° | Tâm đường tròn nằm trên trục đối xứng MN |
Hình thang cân thông thường có đúng một trục đối xứng. Hình chữ nhật cũng là hình thang cân đặc biệt nên có tới hai trục.

Giả sử AB < CD. Kẻ AH và BK vuông góc với CD (H, K thuộc CD).
Phải biết ABCD là hình thang (AB // CD) trước khi áp dụng dấu hiệu nào ở trên: hai đường chéo bằng nhau chỉ là dấu hiệu khi đã có hai đáy song song.
Chứng minh dấu hiệu thứ hai: hình thang ABCD (AB // CD) có AC = BD. Qua B kẻ đường thẳng song song với AC, cắt đường thẳng CD tại E. Tứ giác ACEB có AB // CE và AC // BE nên là hình bình hành, suy ra BE = AC. Mà AC = BD nên BE = BD, tam giác BDE cân tại B và ∠BDC = ∠E. Lại có ∠ACD = ∠E (hai góc đồng vị, AC // BE), nên ∠ACD = ∠BDC. Hai tam giác ACD và BDC có AC = BD, ∠ACD = ∠BDC, cạnh DC chung nên bằng nhau (cạnh, góc, cạnh), suy ra ∠ADC = ∠BCD. Vậy ABCD là hình thang cân.
Hình bình hành cũng có hai cạnh bên bằng nhau. Hình bình hành ABCD cũng là một hình thang (AB // CD) và có AD = BC, nhưng nếu ∠D = 70° thì ∠C = 110°, hai góc kề đáy không bằng nhau, nên không phải hình thang cân. Về hình bình hành xem bài hình bình hành.
Gọi a là đáy nhỏ, b là đáy lớn, c là cạnh bên, h là chiều cao. Từ chứng minh ở trên, hình chiếu của mỗi cạnh bên lên đáy lớn dài x = (b − a)/2, nên cạnh bên c, chiều cao h và x tạo thành tam giác vuông. Ví dụ chạy suốt dưới đây lấy a = 6, b = 12, c = 5.
| Cần tính | Công thức | Với a = 6, b = 12, c = 5 |
|---|---|---|
| Hình chiếu cạnh bên lên đáy lớn | x = (b − a) / 2 | 3 |
| Chiều cao h | h = √(c² − x²) | √(25 − 9) = 4 |
| Chu vi P | P = a + b + 2c | 6 + 12 + 10 = 28 |
| Diện tích S | S = (a + b) / 2 × h | 9 × 4 = 36 |
| Hình chiếu đường chéo lên đáy lớn | (a + b) / 2 | 9 |
| Đường chéo d | d = √(c² + a × b) | √(25 + 72) = √97 ≈ 9,85 |

Công thức đường chéo suy ra từ tam giác vuông AHC, vì HC = HK + KC = a + x = (a + b)/2: AC² = h² + ((a + b)/2)² = c² − ((b − a)/2)² + ((a + b)/2)² = c² + ab. Đoạn (a + b)/2 cũng là độ dài đường trung bình của hình thang (đường trung bình của hình thang), nên diện tích hình thang cân bằng đường trung bình nhân chiều cao. Biết đường chéo d và chiều cao h thì (a + b)/2 = √(d² − h²), từ đó S = h × √(d² − h²).
Công thức diện tích hình thang tổng quát có ở bài diện tích hình thang, chu vi ở bài chu vi hình thang, còn cách tìm chiều cao khi biết diện tích ở bài tìm chiều cao hình thang. Chiều cao h luôn nhỏ hơn cạnh bên c, vì c là cạnh huyền của tam giác vuông AHD.
Ví dụ 1. Hình thang cân ABCD (AB // CD) có ∠C = 65°. Tính các góc còn lại.
Hai góc kề đáy CD bằng nhau nên ∠D = 65°. Hai góc kề cạnh bên bù nhau: ∠B = 180° − 65° = 115°, và ∠A = ∠B = 115°. Kiểm lại: 65° + 65° + 115° + 115° = 360°.
Ví dụ 2. Hình thang ABCD (AB // CD) có ∠A = ∠B = 110°. Hình thang đó có phải hình thang cân không? Tính ∠C và ∠D.
Hai góc kề đáy AB bằng nhau nên ABCD là hình thang cân. Khi đó ∠C = ∠D = 180° − 110° = 70°.
Ví dụ 3. Tấm ván hình thang cân có hai đáy 30 cm và 50 cm, cạnh bên 26 cm. Tính chiều cao, diện tích, chu vi và đường chéo.
Hình chiếu cạnh bên: x = (50 − 30)/2 = 10 cm. Chiều cao h = √(26² − 10²) = √576 = 24 cm. Diện tích S = (30 + 50)/2 × 24 = 960 cm². Chu vi P = 30 + 50 + 2 × 26 = 132 cm. Đường chéo d = √(26² + 30 × 50) = √2.176 = 8√34 ≈ 46,65 cm (kiểm lại: 24² + 40² = 2.176).
Ví dụ 4. Hình thang cân có đường chéo 13 cm và chiều cao 5 cm. Tính diện tích.
Hình chiếu của đường chéo lên đáy lớn bằng (a + b)/2 = √(13² − 5²) = √144 = 12 cm. Diện tích S = 12 × 5 = 60 cm². Không cần biết riêng từng đáy.
Ví dụ 5. Tam giác ABC cân tại A. Lấy D trên AB, E trên AC sao cho AD = AE. Chứng minh BDEC là hình thang cân.
Tam giác ADE cân tại A nên ∠ADE = (180° − ∠A)/2. Tam giác ABC cân tại A nên ∠ABC = (180° − ∠A)/2. Suy ra ∠ADE = ∠ABC; hai góc này ở vị trí đồng vị nên DE // BC, tức BDEC là hình thang. Hình thang này có ∠B = ∠C (tam giác ABC cân) nên là hình thang cân.
Ví dụ 6. Mặt cắt ngang của một con kênh là hình thang cân, rộng miệng 8 m, rộng đáy 4 m, sâu 3 m. Tính chiều dài mỗi bờ dốc và diện tích mặt cắt.
Hình chiếu của bờ dốc lên mặt nước: x = (8 − 4)/2 = 2 m. Bờ dốc dài c = √(3² + 2²) = √13 ≈ 3,61 m. Diện tích mặt cắt S = (8 + 4)/2 × 3 = 18 m².
Ví dụ 7. Hình thang ABCD (AB // CD) có AD = BC, ∠D = 70° và ∠C = 110°. Có phải hình thang cân không?
Hai cạnh bên bằng nhau nhưng ∠C ≠ ∠D, nên không phải hình thang cân. Vì ∠C + ∠D = 180° nên AD // BC; ABCD có hai cặp cạnh đối song song, là hình bình hành.
| Điều dễ nhầm | Thử bằng ví dụ | Điều đúng |
|---|---|---|
| Hai cạnh bên bằng nhau thì là hình thang cân | Hình bình hành có AD = BC, ∠D = 70°, ∠C = 110° | Cần hai góc kề một đáy bằng nhau hoặc hai đường chéo bằng nhau |
| Hai góc kề một cạnh bên bằng nhau | ∠A = 115° và ∠D = 65° | Bằng nhau là hai góc kề một đáy; hai góc kề một cạnh bên bù nhau |
| Hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường | Đáy 6 và 12, cạnh bên 5: OA : OC = 1 : 2 | Hai đường chéo bằng nhau, giao điểm chia mỗi đường theo tỉ số hai đáy (OA : OC = AB : CD) |
| Chiều cao bằng cạnh bên | Cạnh bên 5 nhưng chiều cao 4 | h = √(c² − ((b − a)/2)²) |
| Hai đường chéo của hình thang cân vuông góc | Đáy 6 và 12, cạnh bên 5: hai đường chéo không vuông góc | Chỉ vuông góc khi chiều cao bằng (a + b)/2 |
| Hình thang cân nào cũng có hai trục đối xứng | Hình có đáy 6 và 12 chỉ gấp đôi lại được qua MN | Có một trục; hai trục chỉ ở hình chữ nhật |
Hình thang cân thông thường có đúng một trục đối xứng, là đường thẳng đi qua trung điểm hai đáy và vuông góc với hai đáy. Riêng hình chữ nhật có hai trục.
Có: AC = BD. Ngược lại, hình thang có hai đường chéo bằng nhau thì là hình thang cân, nên đây vừa là tính chất vừa là dấu hiệu nhận biết.
Chưa chắc. Hình bình hành cũng là hình thang và có hai cạnh bên bằng nhau, nhưng hai góc kề đáy của nó bù nhau, nên không đủ để kết luận hình thang cân.
Hai góc kề một đáy bằng nhau, hai góc kề một cạnh bên bù nhau (tổng 180°). Ví dụ góc ở đáy lớn 70° thì góc ở đáy nhỏ 110°.
Có. Hai góc kề cạnh bên bù nhau và hai góc kề một đáy bằng nhau nên tổng hai góc đối luôn bằng 180°. Tâm đường tròn ngoại tiếp nằm trên trục đối xứng của hình thang.
Phần chênh của hai đáy chia đều hai bên: (12 − 6) : 2 = 3. Chiều cao h = √(5² − 3²) = 4.