🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Phát Triển Tư Duy Sáng Tạo Giải Toán Hình Học 8
Ebooks
Nhóm Zalo
MỤC LỤC
CHUYÊN ĐỀ 1. TỨ GIÁC . ............................................................................................................................................... 2 CHUYÊN ĐỀ 2. HÌNH THANG. HÌNH THANG CÂN. DỰNG HÌNH THANG . ........................................................ 5 CHUYÊN ĐỀ 3. ĐƢỜNG TRUNG BÌNH CỦA TAM GIÁC, CỦA HÌNH THANG. ................................................. 11 CHUYÊN ĐỀ 4. HÌNH BÌNH HÀNH.............................................................................................................................. 17 CHUYÊN ĐỀ 5. HÌNH CHỮ NHẬT ............................................................................................................................... 22 CHUYÊN ĐỀ 6. HÌNH THOI VÀ HÌNH VUÔNG ....................................................................................................... 28 CHUYÊN ĐỀ 7. ĐỐI XỨNG TRỤC – ĐỐI XỨNG TÂM............................................................................................ 35 CHUYÊN ĐỀ 8. VẼ HÌNH PHỤ ĐỂ GIẢI TOÁN........................................................................................................ 41
1
CHƢƠNG I: TỨ GIÁC
CHUYÊN ĐỀ 1. TỨ GIÁC
A. Kiến thức cần nhớ
1. Tứ Giác ABCDlà hình gồm bốn đoạn thẳng AB, BC, CD, DA,trong đó bất kì hai đoạn thẳng nào cũng không cùng nằm trên một đường thẳng.
B
C
B
C
D
A
C
D A
B
a) b)
Hình 1.1
Ta phân biệt tứ giác lồi (h.1.1a) và tứ giác lõm (h.1.1b). Nói đến tứ giác mà không chú thích gì thêm, ta A
hiểu đó là tứ giác lồi.
D A
2. Tổng các góc của tứ giác bằng 360° .
a)
A B C D + + + = ° 360
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Cho tứ giác ABCD, A B− = ° 40. Các tia phân giác của góc Cvà Dcắt nhau tại O. Cho biết
COD = ° 110. Chứng minh rằng AB BC ⊥ .
Giải (h.1.2)
∙ Tìm cách giải
Muốn chứng minh AB BC ⊥ta chứng minh B = ° 90 .
Đã biết A B− = ° 40, ta tính tổng A B+
AB
O
121
2
D C
∙ Trình bày lời giải Hình 1.2 C D COD C D +
Xét tam giác ΔCODcó 180 180 ( 2 2 )2
= ° − + = ° =
=; D D 1 2
(vì C C 1 2
=).
Xét tứ giác ABCDcó C D A B + = ° − + 360 ( ), do đó A B A B COD° − + +
360 ( )
= ° − = ° − ° +
180 180 180
2 2
=. Theo đề bài COD = ° 110nên A B+ = ° 220 .
A B COD +
Vậy 2
2
Mặt khác A B− = ° 40nên B = ° − ° = ° (220 40 : 2 90 ). Do đó AB BC ⊥ .
Ví dụ 2. Tứ giác ABCDcó AB BC =và hai cạnh AD DC ,không bằng nhau. Đường chéo
DBlà đường phân giác của góc D.Chứng minh rằng các góc đối của tứ giác này bù nhau. Giải (h a b .1.3 , )
∙ Tìm cách giải
Để chứng minh hai góc Avà Cbù nhau, ta tạo ra một góc thứ ba làm trung gian, góc này bằng góc A chẳng hạn. Khi đó chỉ còn phải chứng minh góc này bù với góc C .
∙ Trình bày lời giải
Xét trường hợp AD DC <(h.1.3a)
Trên cạnh DClấy điểm Esao cho
DE DA = .
Δ = Δ ADB EDB c g c ( . . )
⇒ = AB EBvà A E =1
A B
D1 2 CD
E1
Mặt khác, AB BC =nên BE BC =. Vậy ΔBEC cân C E =2.
Ta có: 1 2 E E A C + = °⇒ + = ° 180 180 . .Do đó B D A C + = ° − + = ° 360 180 ( ) . A B
Xét trường hợpAD DC >(h.1.3b).
Trên tia DAlấy điểm Esao choDE DC =Chứng minh tương tự như trên, ta được A C+ = ° 180 ,.
A
E12
a) bB
D1 2 C
D C
a) b)
Hình 1.3
B D+ = ° 180 .
Ví dụ 3. Tứ giác ABCDcó tổng hai đường chéo bằng a. Gọi Mlà một điểm bất kì. Tìm giá trị nhỏ nhất của tổng MA MB MC MD + + + .
Giải (h.1.4)
∙ Tìm cách giải
Để tìm giá trị nhỏ nhất của tổng MA MB MC MD + + +ta phải chứng minh MA MB MC MD k + + + ≥(klà hằng số).
Ghép tổng trên thành hai nhóm (MA MC MB MD + + + ) ( ).
∙ Trình bày lời giải
Xét ba điểm M A C , ,có MA MC AC + ≥ (dấu “=” xảy ra khi M AC ∈).
Xét ba điểm M,B,Dcó MB MD BD + ≥
(dấu “=” xảy ra khi M BD ∈).
Do đó MA MB MC MD AC BD a + + + ≥ + = Vậy min(MA MB MC MD a + + + =)khi M
3
trùng giao điểm Ocủa hai đường chéo ACvà BD.
A
B
B
A
O
M
C
D C
Hình 1.4
C. BÀI TẬP VẬN DỤNG
∙ Tính số đo góc
1.1 Chứng minh rằng trong một tứ giác, tổng hai góc ngoài tại hai đỉnh bằng tổng hai góc trong tai hai đỉnh còn lại.
1.2. Cho tứ giác ABCDcó A B+ = ° 220. Các tia phân giác ngoài tại đỉnh Cvà Dcắt nhau tại K. Tính số đo của gócCKD.
1.3. Cho tứ giác ABCDcó A C=. Chứng minh rằng các đường phân giác ngoài của góc Bvà Dsong song hoặ trùng với nhu.
1.4. Cho tứ giác ABCDcó AD DC CB = = ; C = ° 130 ; D = ° 110. Tính số đo góc góc A, góc B (Olympic Toán Châu Á – Thái Bình Dương 2010).
∙ So sánh các độ dài
1.5. Có hay không một tứ giác mà độ dài các cạnh tỉ lệ với 1,3,5,10?
1.6. Tứ giác ABCDcó hai đường chéo vuông góc. Biết AB = 3; BC = 6,6; CD = 6.Tính đọ dài AD . 1.7. Chứng minh rằng trong một tứ giác tổng hai đường chéo lớn hơn nửa chu vi nhưng nhỏ hơn chu vi tứ giác.
1.8 Cho bốn điểm A B C D , , ,trong đó không có ba điểm nào thẳng hàng, bất kì hai điểm nào cũng có khoảng cách lớn hơn 10. Chứng minh rằng tồn tại hai điểm đã cho có khoảng cách lớn hơn 14. ABCD
1.9. Cho tứ giác có độ dài các cạnh là a b c d , , ,đều là các số tự nhiên. Biết tổng S a b c d = + + +chia hết cho a,cho b,cho c, chod. Chứng minh rằng tồn tại hai cạnh của tứ giác bằng nhau.
∙ Bài toán giải bằng phƣơng trình tô màu
1.10. Có chín người trong đó bất kì ba người nào cũng có hai người quen nhau. Chứng minh rằng tồn tại một nhóm bốn người quen nhau.
4
1
B
D C 1 2D C D
D1 2 C a)
D C b)
D
a)b)
CHUYÊN ĐỀ 2. HÌNH THANG. HÌNH THANG CÂN. DỰNG HÌNH THANG
A. Kiến thức cần nhớ
A
1. Hình thang là tứ giác có hai cạnh đối song song (h.2.1).
A B
E12
A B
Đặc biệt: hình thang vuông là hình thang có một góc vuông (h.2.2).
A
B
A B
A B
A B
A B
D C
D1 2 C
D1 2
D C
D
C
D
D C
a)b)
a)
C
Hình 2.1 Hình 2.2
2. Hình thang cân là hình thang có hai góc kề một đáy bằng nhau (h.2.3).
3. Trong hình thang cân:
- Hai cạnh bên bằng nhau
- Hai đường chéo bằng nhau (h.2.4).
A B
A B
A
A B
D C
D
C D
C D
Hình 2.3 Hình 2.4
4. Dấu hiệu nhận biết hình thang cân:
- Hình thang có hai góc kề một đáy bằng nhau là hình thang cân.
- Hình thang có hai góc đối bù nhau là hình thang cân.
- Hình thang có hai đường chéo bằng nhau là hình thang cân.
5. Dựng hình
∙ Dụng cụ dựng hình: thước và compa
∙ Các bước giải một bài toán dựng hình
- Phân tích;
- Cách dựng;
- Chứng minh;
- Biện luận.
CD
D
Đối với một bài toán dựng hình đơn giản ta có thể không trình bày bước phân tích.
TRANG 7-8
∙ Để dựng hình thang ta cần biết bốn yếu tố của nó, trong đó số đo góc cho trước không quá hai. B. Một số ví dụ
5
Ví dụ 1. Cho hình thang ABCD AB CD ( / / ), các tai phân giác của góc A,góc Dcắt nhau tại Mthuộc cạnh BC.Cho biết AD cm 7 ,Chứng minh rằng một trong hai đấy của hình thang có độ dài nhỏ hơn 4 . cm
Giải(h.2.5)
*Tìm cách giải
Để chứng minh một cạnh đáy nào đó nhỏ hơn 4cm ta có thể xét tổng của hai cạnh đáy rồi chứng minh tổng này nhỏ hơn 8cm, khi đó tồn tại một đáy nhỏ hơn 4 . cm
*Trình bày lời giải
Gọi Nlà giao điểm của tia AMvà tia DC.
Ta có : 2 AB CD A N / /(so le trong)
Mặt khác, A A A N DAN 1 2 1cân tại D
1
DA DN(1)
A
1
2
2
B
M
Xét DANcó D D 1 2nên DM đồng thời là đường trung tuyến: MA MN
ABM NCM c g c AB CN ( . . ) .
C D Hình 2.5
N
Ta có: DC AB DC CN DN DA cm 7 .Vậy AB CD cm 8 .
Vậy một trong hai đáy AB CD ,phải có độ dài nhỏ hơn 4cm
Ví dụ 2. Tứ giác ABCDcó AC BD AD BC , .Chứng minh rằng tứ giác này là hình thang cân. Giải(h.2.6)
*Tìm cách giải
Tứ giác ABCDcó hai đường chéo bằng nhau nên để chứng minh nó là hính tháng cân, chỉ cần chứng minh AB CD / / . Muốn vậy ta chứng minh một cặp góc so le trong bằng nhau.
*Trình bày lời giải
ADC BCD c c c C D
A B
1 2
O
1 1
D CHình 2.6
( . . )
1 1
DAB CBA c c c B A
( . . )
1 1
Mặt khác: 1 1 1 1 COD AOB C A C A AB CD 2 2 / /
Vậy tứ giác ABCDlà hình thang. Hình thang này có hai đường chéo bằng nhau nên là hình thang cân.
Ví dụ 3. Một hình thang cân có đáy nhỏ bằng cạnh bên và góc kề với đáy lớn bằng 60 Biết chiều cao của hình thang cân này là a 3.Tính chu vi của hình thang cân.
6
Giải(h.2.7)
*Tìm cách giải
Ta đã biết hình thang có hai cạnh bên song song thì hai cạnh bên bằng nhau, hai cạnh đáy bằng nhau. Từ đó vẽ thêm hình phụ để tìm sự liên hệ giữa đáy lớn và ba cạnh còn lại. Ta vẽAM BC M CD / / ( ).Mặt khác, đề bài có cho góc 60, gợi ý cho ta vận dụng tính chất của tam giác đều để tính độ dài một cạnh
theo chiều cao của nó.
*Trình bày lời giải
Ta đặt: AD AB BC x
VẽAM BC M CD / / ( ),ta được
AM BC x MC AB x ,
VẽAH CDthì AHlà đường cao của hình thang cân, cũng là đường cao của tam giác đều: 3
AD AH. Vì
2
AH a 3nên 33 2 .
xa x a
2
Do đó chu vi của hình thang cân là: 2 .5 10 . a a
A B
D C H M Hình 2.7
Nhận xét: Qua một đỉnh vẽ đường thẳng song song với một cạnh ben của hình thang là một cách vẽ hình phụ để giải bài toán về hình thang.
Ví dụ 4. Dựng hình thang ABCD AB CD ( / / )biết: AB cm CD cm C D 2 , 5 , 40 , 70 .
Giải(h.2.8)
A
a)Phân tích
Giả sử ta đã dựng được thang
ABCD AB CD ( / / )thỏa mãn đề bài. Vẽ
AE BC E CD / / ( )ta được
B
70°
x
40°
AED C EC AB cm
40 ; 2 ;
DE DC EC cm 5 2 3
ADEdựng được ngay (g.c.g)
D C E
Hình 2.8
Điểm Cthỏa mãn điều kiên: Cnằm trên tia DEvà Ccách Dlà 5cm .
Điểm Bthỏa mãn điều kiên: Bnằm trên tia Ax DE //( hai tia Ax DE ;cùng nằm trên một nửa mặt phẳng bờ AD) và Bcách Alà 2cm
b)Cách dựng
Dựng ADEsao cho DE cm D E 3 ; 70 ; 40 . Dựng tia Ax DE //( hai tia Ax DE ;cùng nằm trên một nửa mặt phẳng bờ AD). Trên tia AxđặtAB cm3. Trên tia DEđặt DC cm 5
7
Nối BC ta được hình thang ABCDphải dựng.
c) Chứng minh
Theo cách dựng tứ giác ABCDcó AB CD //nên nó là hình thang.
Xét hình thang ABCEcó CE 5 – 3 2(cm); AB 2cm nên AB CEdo đó AE BC // BCD AED 40 .
Như vậy hình thang ABCDcó AB 2cm; CD 5cm; D 70và C 40 d) Biện luận
Bài toán có một nghiệm hình.
Ví dụ 5. Dựng tam giácABC, biếtA 70 , BC 5cm và AC AB – 2cm. Giải (h.2.9)
a) Phân tích
Giả sử ta đã dựng được tam giác ABCthoả mãn đề bài.
Trên tia ACta lấy điểm Dsao choAD AB .
Khi đó DC AC AD AC AB – – 2cm.
ABDcân, A ADB BDC 70 35 125 .
- DBCxác định được (CD 2cm; D 125;CB 5cm).
Hình 2.9
- Điểm Athoả mãn hai điều kiện: Anằm trên tia CDvà Anằm trên đường trung trực củaBD. b) Cách dựng
- Dựng DBCsao cho D 125;DC 2cm và CB 5cm.
- Dựng đường trung trực của BDcắt tia CDtại A .
- Nối ABta được ABCphải dựng.
c) Chứng minh
ABCthoả mãn đề bài vì theo cách dựng, điểm Anằm trên đường trung trực của BDnênAD AB . Do đó AC AB AC AD DC – – 2cm; BC 5cm và ADB 180 125 55 BAC 125 2.55 70 .
8
d) Biện luận
Bài toán có một nghiệm hình.
Nhận xét: Đề bài có cho đoạn thẳng 2cm nhưng trên hình vẽ chưa có đoạn thẳng nào như vậy. Ta đã làm xuất hiện đoạn thẳng DC 2cm bằng cách trên ACta đặtAD AB. Khi đó DCchính là hiệuAC AB – .
Cũng có thể làm xuất hiện đoạn thẳng 2cm bằng cách trên tia ABta đặt
AE AC(h.2.10).
Khi đó BE AE AB AC AB – – 2cm.
AECcân, có A E 70 (180 70 ) : 2 55 .
BECxác định được.
Khi đó điểm Athoả mãn hai điều kiện: Anằm trên tia EBvà Anằm trên đường trung trực củaEC .
C. Bài tập vận dụng ∙ Hình thang
Hình 2.10
2.1. Cho tứ giác ABCD. Các tia phân giác của góc A, góc Dcắt nhau tại M. Các tia phân giác của góc B, góc Ccắt nhau tại N. Cho biết AMD 90 , chứng minh rằng:
a) Tứ giác ABCDlà hình thang;
b) NB NC .
2.2. Cho hình thang ABCDvuông tại Avà D. Gọi Mlà trung điểm của AD. Cho biếtMB MC . a) Chứng minh rằngBC AB CD;
b) VẽMH BC. Chứng minh rằng tứ giác MBHDlà hình thang.
2.3. Chứng minh rằng trong một hình thang vuông, hiệu các bình phương của hai đường chéo bằng hiệu các bình phương của hai đáy.
2.4. Cho hình thang ABCDvuông tại Avà D. Cho biếtAD 20 , AC 52và BC 29. Tính độ dài AB .
∙ Hình thang cân
2.5. Cho tam giác đều ABC, mỗi cạnh có độ dài bằng a. Gọi Olà một điểm bất kì ở trong tam giác. Trên các cạnh AB BC CA , ,lần lượt lấy các điểm M N P , , sao choOM BC //; ON CA //vàOP AB // . Xác định vị trí của điểm Ođể tam giác MNPlà tam giác đều. Tính chu vi của tam giác đều đó.
2.6. Cho hình thang ABCD(AB CD //), ADC BCD. Chứng minh rằngAC BD .
9
2.7. Cho góc xOycó số đo lớn hơn60nhưng nhỏ hơn180. Trên cạnh Oxlấy điểm A, trên cạnh Oy OA OC AC .
lấy điểm C. Chứng minh rằng 2
2.8. Tứ giác ABCDcóAC BD; C DvàBD BC. Hỏi tứ giác ABCDcó phải là hình thang cân không?
∙ Dựng hình
2.9. Dựng hình thang ABCD(AB CD //) biết AD 2cm; BD 3cm; AC 4cm và góc nhọn xen giữa hai đường chéo bằng70 .
2.10. Dựng hình thang ABCD(AB CD //) biết A 120;AB 2cm, BD 4cm vàBC a . 2.11. Dựng tứ giác ABCDbiết AB 2,5cm; CD 4cm; A 120;B 100và C 60 . 2.12. Dựng tam giác ABCvuông tại Bcó chu vi bằng 8cm và C m .
10
CHUYÊN ĐỀ 3. ĐƢỜNG TRUNG BÌNH CỦA TAM GIÁC, CỦA HÌNH THANG
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ
1. Đĩnh nghĩa
∙ Đường trung bình của tam giác là đoạn thẳng nối trung điểm hai cạnh của tam giác (h3.1) ∙ Đường trung bình của hình thang là đoạn thẳng nối trung điểm hai cạnh bên của hình thang (h3.2)
(hình 3.1) (hình 3.2)
2. Tính chất
∙ Đường trung bình của tam giác thì song song với cạnh thứ ba và bằng nửa cạnh ấy. Trên hình 3.1 thì MN BC //và 2BC MN .
∙ Đường trung bình của hình thang thì song song với hai cạnh đáy và bằng nửa tổng hai đấy
AB CD
Trên hình 3.2 thì AB EF CD // //và 2
EF .
3. Định lý
∙ Đường thẳng đi qua trung điểm một cạnh của tam giác và song song với cạnh thứ hai thì đi qua trung điểm của cạnh thứ ba.
∙ Đường thẳng đi qua trung điểm của một cạnh bên hình thang và song song với hai đáy thì đi qua trung điểm của cạnh bên thứ hai.
B. MỘT SỐ VÍ DỤ
Ví dụ 1: Cho tứ giác ABCD. Gọi Mvà Nlần lượt là trung điểm của ABvà CD. Gọi Glà trọng tâm của tam giác BCD. Chứng minh AGchia đôi MN .
Giải (hình 3.3)
∙ Tìm cách giải
11
Kết luận của bài toán gợi ý cho ta dùng định lý đường thẳng đi qua
trung điểm một cạnh của tam giác và song song với cạnh thứ hai thì đi
qua trung điểm của cạnh thứ ba. Gọi Hlà trung điểm của BGthì ta
có thể dùng định lý đường trung bình để chứng minh.
∙ Trình bày lời giải
Gọi Olà giao điểm của AGvà MN
Gọi Hlà trung điểm của BG
Theo tính chất của trọng tâm, ta có: BH HG GN
Xét ABGcó MH là đường trung bìnhMH AG / /
(Hình 3.3)
Xét HMNcó AG MH / /và NG GHnên ON OM
Vậy AGchia đôi MN
Nhận xét: Vẽ thêm trung điểm của một đoạn thẳng là cách vẽ hình phụ thường dùng để vận dụng định lý đường trung bình của tam giác.
Ví dụ 2: Cho tứ giác ABCDcó chụ vi là 4a. Gọi E F G H , , ,lần lượt là trung điểm của các cạnh AB BC , , , CD DA. Chứng minh rằng trong hai đoạn thẳng EGvà HFcó một đoạn thẳng có độ dài không lớn hơn a .
Giải (hình 3.4)
∙ Tìm cách giải
Để chứng minh một trong hai đoạn thẳng EGvà HFcó một đoạn thẳng có độ dài không lớn hơn ata chứng minh tổng hai đoạn thẳng này không lớn hơn 2a. Khi đó một trong hai đoạn thẳng có độ dài không lớn hơn a .
∙ Trình bày lời giải
Gọi Mlà trung điểm của BD
Xét ABDcó HMlà đường trung bình nên 2AB HM
Xét BDCcó MFlà đường trung bình nên 2CD MF
AB CD HF MH MF
Xét ba điểm M , H , Fcó 2
AD BC EG .
Chứng minh tương tự, ta được: 2
AB CD AB CD a HF EG a
Vậy 42
2 2
(Hình 3.4)
Suy ra một trong hai đoạn HF EG ,có độ dài không lớn hơn a .
12
Nhận xét: Phương pháp vẽ hình phụ trong ví dụ này vẫn là vẽ trung điểm của đoạn BD. Cũng có thể vẽ trung điểm của cạnh ACthay cho trung điểm của đoạn thẳng BD.
Ví dụ 3: Cho tam giác ABC , BC cm 6. Trên cạnh ABlấy điểm Dsao cho 13
AD AB. Vẽ
DE BC E AC / /. Tính độ dài DE
Giải (hình 3.5)
∙ Tìm cách giải
Vì 12
AD DBnên ta vẽ trung điểm Fcủa DB. TừFvẽ
đường thẳng song song với BCthì DEchính là đường trung
bình của tam giác. Từ đó sẽ tính được độ dài của nó.
∙ Trình bày lời giải
Gọi Flà trung điểm của DB. Khi đó: AD DF FB
VẽFH BC H AC / /
Xét AFHcó DE FH / /và AD DFnên AE EH
Xét hình thang DECB có FH BC / /và DF FBnên
EH HC
Ta đặt DE x(Hình 3.5) Ta có DElà đường trung bình của AFH 12
DF FH FH x2
DE BC x FH x x cm
Ta có FHlà đường trung bình của hình thang DECB 6
2 2
2 2
Vậy DE cm 2 .
Nhận xét: Phương pháp vẽ hình phụ trong ví dụ này là ngoài việc vẽ trung điểm của một đoạn thẳng ta còn thêm một đường thẳng song song với một cạnh của tam giác.
Ví dụ 4: Cho hình thang ABCD, ABlà đáy nhỏ. Gọi M N P Q , , ,lần lượt là trung điểm của AD BC , , BDvà AC .
a) Chứn minh rằng bốn điểm M N P Q , , ,thẳng hàng.
CD AB PQ
b) Chứng minh PQ CD / /và 2
c) Hình thang ABCDphải có điều kiện gì đểMP PQ QN
Giải (hình 3.6)
∙ Tìm cách giải
13
Trong hình vẽ có nhiều đường thẳng cùng đi qua một điểm và cùng
song song với một đường thẳng nên có thể vận dụng tiên đề Ơ – clit
để chứng minh thẳng hàng.
∙ Trình bày lời giải
a) Xét ABDcó MPlà đường trung bình
MP AB MP CD / / / /
Xét ADCcó MQlà đường trung bình MQ CD / /
Xét hình thang ABCDcóMNlà đường trung bình MN CD / /
(Hình 3.6)
Qua điểm Mcó các đường thẳng MP MQ MN , ,cùng song song với CDnên các đường thẳng trùng nhau, suy ra bốn điểm M N P Q , , ,thẳng hàng.
CD AB CD AB PQ MQ MP
b) Ta có MN CD / /nên PQ CD / /; 2 2 2
AB AB CD AB MP NQ MP PQ
c) Ta có ;
2 2 2
AB CD AB AB CD 2(đáy lớn gấp đôi đáy nhỏ)
Nhận xét: Đường trung bình MNcủa hình thang và đoạn thẳng PQnối trung điểm của hai đường chéo có tính chất giống nhau là cùng song song với hai đáy, có tính chất khác nhau là MNbằng nửa tổng hai đáy còn PQbằng nửa hiệu hai đáy.
C. BÀI TẬP VẬN DỤNG
∙ Đƣờng trung bình của tam giác
3.1. Cho tứ giác ABCD, đường chéo BDlà đường trung trực của AC. Gọi Mvà Nlần lượt là trung điểm của ADvà AB. VẽME BCvà NF CD E BC F CD ,. Chứng minh rằng ba đường thẳng ME NF ,và ACđồng quy.
3.2. Cho tam giác ABC. Trên cạnh ABlấy điểm D, trên cạnh AClấy điểmE. Gọi M N,lần lượt là trung điểm của BEvà CD. Đường thẳng MNcắt tia ABvà AClần lượt tại Pvà Q. Hoi hai điểm Dvà Ephải có điểm kiện gì để tam giác APQcân tại A?
3.3. Cho tam giác ABC. Gọi Bxvà Cylần lượt là các đường thẳng chứa tia phân giác của các góc ngoài tại đỉnh Bvà C. Gọi Hvà Klần lượt là hình chiếu vuông góc của Alên Bxvà Cy .
a) Chứng minh rằng tứ giác BCKHlà hình thang
b) Tam giác ABCcần điều kiện gì để hình thangBCKHlà hình thang cân?
3.4. Cho tam giácABC, trực tâmH. Gọi Olà giao điểm của ba đường trung trực. Chứng minh rằng khoảng cách từOtớiBCbằng nửa độ dàiAH .
14
3.5. Cho tam giácABCcân tạiA, đường caoAHvà đường phân giácBD. Biết rằng 12
AH BD. Tính
số đo các góc của tam giác ABC .
3.6. Cho tam giácABCcân tại A. Lấy điểm Dở trong tam giác. Vẽ tam giácADEvuông cân tạiAsao cho DvàEthuộc hai nửa mặt phẳng đối nhau bờAC. Gọi M , N , Plần lượt là trung điểm của BC , CDvà DE. Tính số đo các góc của tam giácMNP .
3.7. Cho hình thang cân ABCD AB CD / / , Olà giao điểm của hai đường chéo. Gọi G , E , Flần lượt là trung điểm của OA, ODvà BC. Cho biết 0 COD 60. Tính số đo các góc của tam giácGEF .
3.8. Cho tam giác ABC,góc Anhọn. Vẽ về phía ngoài của tam giác này các tam giác vuông cân ABM và CANtheo thứ tự có cạnh đáy là ABvà AC.Gọi Olà trung điểm của BC.Chứng minh rằng tam giác OMNlà tam giác vuông cân.
3.9. Tam giác ABC AB AC , . CD - AB.
Điều phải chứng minh rất gần với bất đẳng thức tam giác. Điều này gợi ý cho ta vẽ hình phụ để có AD + BC là tổng các độ dài hai cạnh của một tam giác.
* Trình bày lời giải
Vẽ BM // AD (M ∈ CD) ta được DM = AB và BM = AD.
Xét ΔBMC có BM + BC > MC ⇒ AD + BC > DC – DM
hay AD + BC > CD – AB (đpcm).
Hình 8.1
Trường hợp hai cạnh bên song song thì hai đáy bằng nhau, bài toán hiển nhiên đúng.
41
Ví dụ 2. Cho hình thang ABCD (AB // CD), hai đường chéo vuông góc với nhau. Biết AB = 5cm, CD = 12cm và AC = 15cm. Tính độ dài BD.
Giải (h.8.2)
* Tìm cách giải
Ba đoạn thẳng AB, AC và CD đã biết độ dài nhưng ba đoạn thẳng này không phải ba cạnh của một tam giác nên không tiện sử dụng. Ta sẽ dời song song đường chéo AC đến vị trí BE thì tam giác BDE vuông tại B biết độ dài hai cạnh, dễ dàng tính được độ dài cạnh thứ ba BD. * Trình bày lời giải
Vẽ BE // AC (E ∈ tia DC).
Khi đó BE = AC = 15cm; CE = AB = 5cm.
Ta có BE ⊥ BD (vì AC ⊥ BD).
Xét ΔBDE vuông tại B có 2 2 BD 17 15 8 = − =(cm).
Hình 8.2
Ví dụ 3. Hình thang ABCD có o A D 90 . = =Biết AB = 3cm; BC 2 2cm =và
CD = 5cm. Chứng minh rằng B 3C. =
Giải (h.8.3)
* Tìm cách giải
Nếu dời song song đoạn thẳng AD tới vị trí BH thì được ΔBHC vuông tại H. Ta dễ dàng tính được HC = HB, do đó tính được góc C, góc B.
* Trình bày lời giải
Vẽ BH ⊥ CD (H ∈ CD) thì BH // AD, do đó
DH = AB = 3cm
suy ra HC = 5 – 3 = 2 (cm).
Xét ΔBHC vuông tại H, áp dụng định lí Py-ta-go ta có ( )2
Hình 8.3
2 2 2 HB BC HC 2 2 2 2 = − = − =(cm).
Vậy ΔHBC vuông cân o ⇒ = C 45do đó o ABC 135 =suy ra ABC 3C. =
Ví dụ 4. Cho tứ giác ABCD, hai đường chéo cắt nhau tại O. Cho biết o AOB 60 =và AC = BD = a. Chứng minh rằng AB + CD ≥ a.
Giải (h.8.4)
* Tìm cách giải
Từ điều phải chứng minh ta thấy cần vận dụng bất đẳng thức tam giác. Do đó cần vẽ hình phụ để tạo ra một tam giác có hai cạnh lần lượt bằng hai cạnh AB CD , và cạnh thứ ba bằng đường chéo AC
42
Nếu vẽ thêm hình bình hành ABECthì các yêu cầu trên được thỏa mãn. * Trình bày lời giải
Vẽ hình bình hành ABEC, ta được BE AC //suy ra 60o DBE AOB = =; BE AC a AB CE ; . = = =
Tam giác DBElà tam giác đều ⇒ DE a = .
Hình 8.4
Xét ba điểm C D E , , ta có: CE CD DE + ≥hay AB CD + ≥ a(Dấu “ ”=xảy ra khi điểm Cnằm giữa Dvà Ehay DC AB // . Khi đó tứ giác ABCDlà hình thang cân).
Ví dụ 5: Cho hình chữ nhật ABCD. VẽAH BD ⊥. Gọi Kvà Mlần lượt là trung điểm của BHvà CD . Tính số đo của góc AKM .
Giải (h.8.5)
* Tìm cách giải
Bài toán có cho hai trung điểm KvàMnhưng chưa thể vận dụng trực tiếp được.
Ta vẽ thêm trung điểmNcủaABđể vận dụng định lý đường trung bình của hình chữ nhật, đường trung bình của hình tam giác.
* Trình bày lời giải
Gọi Nlà trung điểm củaABthì MNlà đường trung bình của hình
chữ nhật ABCD ⇒ MN AD // .
Mặt khác, AN DM // nên tứ giácANMDlà hình bình hành. Hình
bình hành này có 90o D =nên là hình chữ nhật. Suy ra hai đường chéoAMvàDNcắt nhau tại trung điểm Ocủa mỗi đường:
OA OM ON OD .
= = =
Hình 8.5
Xét ΔABHcóNKlà đường trung bình nên NK AH // ⇒ NK BD ⊥(vì AH BD ⊥ ). Do đó ΔKDNvuông tại K .
Ví dụ 6: Cho hai điểmAvàBthuộc cùng một nửa mặt phẳng bờ là đường thẳng d. Tìm trêndmột điểm Msao cho hai tiaMA MB , tạo với đường thẳngdhai góc nhọn bằng nhau.
Giải (h.8.6)
* Tìm cách giải
Giả sử đã tìm được điểm M d ∈sao cho M M 1 2
= .
=( cùng
=, suy ra M M 2 3
Vẽ điểm A’đối xứng với Aquadthì M M 1 3 bằng M1). Dó đó ba điểm A’, M , Bthẳng hàng.
1 2 3
43
* Trình bày lời giải
- Vẽ điểm A’đối xứng với Aquad;
- Vẽ đoạn thẳng AB’cắt đường thẳngdtại M; - Vẽ đoạn thẳng MAta được M M 1 2
= .
Thật vậy, doA’đối xứng vớiAquadnên M M 1 3 = .
Mặt khác, M M 2 3
=(đối đỉnh) nên M M 1 2
= .
C. Bài tập vận dụng
∙ Vẽ thêm đƣờng thẳng song song
Hình 8.6
8.1. Chứng minh rằng nếu một hình thang có hai cạnh bên bằng nhau thì đó là hình thang cân hoặc hình bình hành.
8.2. Cho hình thang có hai đáy không bằng nhau. Chứng minh rằng tổng hai góc kề đáy lớn nhỏ hơn tổng hai góc kề đáy nhỏ.
8.3. Cho hình thang ABCD AB CD ( // ,) BD CD ⊥. Cho biết AB CD BD a . + = =Tính độ dài AC.
8.4. Cho hình thang cân ABCD AB CD ( // ,)đường cao bằnghvà tổng hai đáy bằng2h. Tính góc xen giữa hai đường chéo.
8.5. Chứng minh rằng trong một hình thang thì tổng các bình phương của hai đường chéo bằng tổng các bình phương của hai cạnh bên cộng với hai lần tích của hai cạnh đáy.
∙ Vẽ thêm hình bình hành
8.6. Cho tam giácABC. Dựng ra ngoài tam giác này các tam giác đều ABD BCE CAF , , . Chứng minh rằng trọng tâm của tam giácDEFtrùng với trọng tâm của tam giácABC .
8.7. Cho tam giác đềuABC. Trên cạnhBClấy điểmM. QuaMvẽ một đường thẳng vuông góc vớiAB cắtABtại H, cắt đường thẳng vuông góc vớiACvẽ từCtại điểmK. GọiNlà trung điểm củaBM . Chứng minh rằng tam giácANKcó số đo các góc tỉ lệ với 1, 2, 3.
8.8. Dựng tứ giácABCDsao cho AB cm BC cm CD cm DA cm = = = = 2,5 ; 3 ; 4,5 ; 3,5và góc nhọn giữa hai đường thẳng AD BC ,là 40°.
∙Vẽ thêm trung điểm – Tạo đƣờng trung bình
8.9. Cho hình thangABCD AB CD ( // ,)1
= ° = AB CDVẽDH AC ⊥. GọiKlà trung điểm củaHC .
A 90 , .
2
Tính số đo gócBCD.
8.10. Cho hình vuôngABCD, hai đường chéo cắt nhau tạiO. GọiMvàNlần lượt là trung điểm củaOA vàCD. Chứng minh rằng tam giácMNBvuông cân.
44
8.11. Cho tam giácABCcân tạiA, đường phân giácBM. TừMvẽ một đường thẳng vuông góc vớiBM cắt đường thẳngBCtại D. Chứng minh rằngBD CM 2 . =
8.12. Cho tứ giácABCD, 90o CAD CBD = =. GọiEvàFlần lượt là hình chiếu củaCvàDtrên đường thẳngAB. Chứng minh rằngAF BE .
=
8.13. Cho đường thẳngxy. Vẽ tam giácABCtrên một nửa mặt phẳng bờxy. GọiGlà trọng tâm của tam giácABC. Từ , , A B CvàGvẽ các đường thẳng song song với nhau cắtxylần lượt tạiA B C ’, ’, ’và G’. Chứng minh rằng:
AA BB CC GG ’ ’ ’ 3 ’ + + =
8.14. Cho tam giácABCvuông cân tạiA. Trên các cạnhAB AC , lần lượt lấy các điểmMvà Dsao cho AM AD =. TừAvàMvẽ các đường thẳng vuông góc vớiBD. Chúng cắtBClần lượt tại EvàF. Chứng minh rằng
BD MF AE +
=
2
8.15. Cho tứ giácABCD. GọiA B C D ’, ’, ’, ’lần lượt là trọng tâm của các tam giácBCD CDA , , DAB ABC , . Chứng minh rằng:
a) Các đường thẳngAA BB CC DD ’, ’, ’, ’cùng đi qua một điểm.
b) Điểm này chiaAA BB CC DD ’, ’, ’, ’theo cùng một tỉ số.
8.16. Cho tam giácABCvà một điểmOnằm trong tam giác sao cho ABO ACO =. Vẽ OH AB OK AC ⊥ ⊥ ,. Chứng minh rằng đường trung trực củaHKđi qua một điểm cố định.
∙Vẽ thêm hình đối xứng
8.17. Cho gócxOycó số đó bằng 60°và một điểmAở trong góc đó sao choAcáchOxlà 2cm và cáchOy là 1 . cm
a) Tìm một điểmBtrênOxvà một điểmCtrênOysao cho chu vi tam giácABCnhỏ nhất. b) Tính độ dài nhỏ nhất của chu vi tam giácABC .
8.18. Dựng tam giác biết một đỉnh, trọng tâm và hai đường thẳng đi qua hai đỉnh còn lại.
45
CHUYÊN ĐỀ 9. TOÁN QUỸ TÍCH
A. Kiến thức cần nhớ
1. Định nghĩa
Quỹ tích của những điểm có tính chất T nào đó là tập hợp tất cả những điểm có tính chất T đó. 2. Các quỹ tích cơ bản
- Quỹ tích các điểm cách đều hai đầu của một đoạn thẳng cố định là đường thẳng trung trực của đoạn thẳng đó. (1)
- Quỹ tích các điểm nằm bên trong một góc và cách đều hai cạnh của góc là tia phân giác của góc đó. (2)
- Quỹ tích các điểm cách một đường thẳng cố định một khoảng bằnghkhông đổi là hai đường thẳng song song với đường thẳng đó và cách đường thẳng đó một khoảngh. (3)
- Quỹ tích những điểm cách một điểm O cố định một khoảngRkhông đổi là đường tròn tâmO, bán kính R. (4)
3. Cách giải bài toán tìm quỹ tích các điểm có chung tính chất T nào đó
a) Phần thuận: Chứng minh rằng nếu điểmMcó tính chất T thì điểmMthuộc một hìnhHnào đó. b) Phần đảo: Chứng minh rằng nếu điểmMthuộc hìnhHthì điểmMcó tính chất T. c) Kết luận: Quỹ tích của điểmMlà hìnhH .
4. Một số lƣu ý khi giải bài toán tìm quỹ tích
a) Tìm hiểu đề bài:
Cần xét xem:
- Yếu tố nào cố định (vì trong các quỹ tích cơ bản đều có nói đến yếu tố cố định như điểm, đoạn thẳng, góc,... )
- Yếu tố nào không đổi (thường là khoảng cách không đổi, góc có số đo không đổi,... );
- Yếu tố nào chuyển động (điểm nào có vị trí thay đổi, liên quan đến điểm phải tìm quỹ tích như thế nào? ).
d) Dự đoán quỹ tích
Vẽ nháp vài vị trí của điểm cần tìm quỹ tích (thường là vẽ ba vị trí).
- Nếu ba điểm này thẳng hàng thì ta dự đoán quỹ tích là đường thẳng (đường thẳng song song, đường trung trực, tia phân giác,...).
- Nếu ba điểm không thẳng hàng thì quỹ tích có thể là đường tròn.
c) Giới hạn quỹ tích
Có nhiều bài toán quỹ tích cần tìm chỉ là một phần của hình H, phần còn lại không thỏa mãn điều kiện của bài toán, ta phải loại trừ phần này. Làm như vậy gọi là tìm giới hạn của quỹ tích.
Việc tìm giới hạn của quỹ tích thường làm au phần thuận, trước phần đảo.
46
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1: Cho tam giác ABCvà Dlà một điểm đi động trên cạnh BC. VẽDE// AB , DF// AE (E AC F AB ∈ ∈ , ). Gọi Mlà trung điểm của EF. Tìm quỹ tích của điểm M .
Giải (h.9.1)
a) Phần thuận
Tứ giác ADEFcó DE AF DF AE // , //nên là hình bình hình. Suy ra ADvà EFcắt nhau tại trung điểm của mỗi đường.
A
F M Q
x y
E
P
Vậy trung điểm Mcủa EFcũng là trung điểm của AD.
VẽMK BC AH BC ⊥ ⊥ , .
Do AHcố định nên AHcó độ dài không đổi.
C B H D K
Hình.9.1 Xét ΔAHDcó MKlà đường trung bình, 12
MK AH =(không đổi). Điểm Mcách đường thẳng BCcố
định một khoảng 12AHkhông đổi nên điểm Mnằm trên đường thẳng xy BC //và cách BCmột khoảng 1
2AH(xynằm trên nửa mặt phẳng bờBCcó chứa A).
Giới hạn: Khi điểm Dđi động tới điểm Bthì điểm Mđi động tới trung điểm Pcủa AB. Khi điểm D di động tới điểm Cthì điểm Mdi động tới điểm Qcủa AC. Vậy điểm Mchỉ nằm trên đường trung bình PQcủa ΔABC.
b) Phần đảo
Lấy điểm Mbất kỳ trên đoạn PQ. Vẽ tia AM cắt BC tại D. VẽDE// AB , DF// AE (E AC F AB ∈ ∈ , ). Ta phải chứng minh Mlà trung điểm của EF .
c) Kết luận
Vậy quỹ tích cua điểm Mlà đường trung bình PQcủa ΔABC.
Nhận xét: Điểm Mlà trung điểm của EF. Đây là tính chất ban đầu của điểm M, chưa phải là tính chất cơ bản theo quỹ tích (1 , 2 , 3 , 4 ) ( ) ( ) ( ). Do đó chưa thể vận dụng để trả lời điểm Mnằm trên hình nào.
Ta đã giải quyết vấn đề này bằng cách biến đổi tính chất ban đầu của điểm Mlần lượt như sau: Mlà trung điểm của EF(tính chất ban đầu)
⇒ Mlà trung điểm của AD(tính chất T)
⇒ Mcách đường thẳng BCcố định một khoảng không đổi 12AH(đây mới là tính chất cơ bản của điểm M)
⇒ Mnằm trên đường thẳng xy BC //và cách BCmột khoảng 12AH .
47
Như vậy ta phải chuyển tính chất ban đầu của điểm Mqua các tính chất trung gian đến tính chất cơ bản của điểm Mrồi theo các quỹ tích cơ bản trả lời điểm Mnằm trên hình nào.
Ví dụ 2. Cho góc vuông xOy, điểm Acố định trên tia Ox, điểm Bdi động trên tia Oy. Vẽ hình chữ nhật AOBC. Gọi Mlà giao điểm của hai đường chéo ABvà OC. Tìm quỹ tích điểm M .
y
t
Giải (h.9.2)
a) Phần thuận
Mlà giao điểm của hai đường chéo hình chữ nhật
nên MO MA = .
B
C
Điểm Mcách đề hai đầu mút của đoạn thẳng
OAcố định nên điểm Mnằm trên đường trung trực
của đoạn thẳng OA.
O
M x A
Hình.9.2 Giới hạn: Khi điểm Btiến dần tới điểm Othì điểm C
tiến dần tới điểm Akhi đó điểm Mtiến dần tới điểm M1là trung điểm của OA. Khi điểm Bra xa vô tận thì điểm Mcũng ra xa vô tận. Vậy Mnằm trên tia Mt1thuộc đường trung trực của OA, tia này nằm trong góc xOy, trừ điểm M1.
b) Phần đảo
Lấy điểm Mbất kỳ trên tia Mt1. Vẽ tia AMcắt tia Oytại B. Vẽ hình chữ nhật AOBC. Ta phải chứng minh Mlà giao điểm của hai đường chéo.
Thật vậy xét ΔAOBcó 1 M t OB //(vì cùng vuông góc với OA).
=, nên MA MB =. Vậy Mlà trung điểm của AB .
Mặt khác, M O M A 1 1
⇒ Mcũng là trung điểm của OC(vì AOBClà hình chữ nhật).
Vậy Mlà giao điểm của hai đường chéo.
c) Kết luận
Vậy quỹ tích của điểm Mlà tia Mt1thuộc đường trung trực của OA, tia này nằm trong góc xOy, trừ điểm M1.
Ví dụ 3: Cho góc vuông xOy. Điểm Acó đỉnh trên tia Oxsao cho OA cm = 2. Điểm Bdi động trên tia Oy. Vẽ Tam giác ABMvuông cân tại Mtrong đó Mvà Othuộc hai nửa mặt phẳng đối nhau bờAB . Tìm quỹ tích điểm M .
Giải (h.9.3)
a) Phần thuận
VẽMH Ox MK Oy ⊥ ⊥ ,ta được 0 HMK = 90
Mặt khác , 0 AMB = 90nên HMA KMB = (hai góc có cạnh tương ứng cùng nhọn)
Δ = Δ HMA KMB(cạnh huyền – góc nhọn). 48
x
t
HM
A
1 MK B
O y
Suy ra MH MK =
Điểm Mnằm trong góc xOyvà cách đề hai cạnh của góc đó
nên điểm Mnằm trên tia phân giác của xOy .
Hình.9.3 Giới hạn: Khi điểm Btrùng với điểmOthì điểm Mtrùng với điểm M1 (M1nằm trên tia Otvà 1 OM cm = 2 ). Khi điểm Bra xa vô cùng thì điểm Mra xa vô cùng. Vậy Mnằm trên tia Mt1. b) Phần đảo
Lấy điểm Mbất kỳ trên tia Mt1. Từ điểm Mvẽ một đường thẳng vuông góc với AMcắt tia Oytại B . Ta phải chứng minh ΔAMBvuông cân tạiM .
Thật vậy , vẽMH Ox MK Oy ⊥ ⊥ ,ta có: MH MK =và 0 HMK = 90 ⇒ HMA KMB =(hai góc có cạnh tương ứng vuông góc cùng nhọn)
Do đó: Δ = Δ HMA KMB g c g ( . . ) ⇒ MA MB =
ΔAMBvuông tạiMcó MA MB =nên là tam giác vuông cân.
c) Kết luận
Vậy quỹ tích của điểm Mlà tia Mt1là tia phân giác của góc xOy .
Ví dụ 4: Cho hình bình hành ABCDcạnh ABcố định, BC cm = 2. Tìm quỹ tích điểm giao điểmOcủa hai đường chéo.
Giải (h.9.4)
a) Phần thuận
Gọi Mlà trung điểm của AB .
A
Do ABcố định nên Mlà điểm cố định. Olà
giao điểm hai đường chéo của hình bình hành
nên ⇒ = OA OC. Vậy OMlà đường trung bình
M
O
B
của ΔABC 11
⇒ = = OM BC cm
2
D C
Hình.9.4 Điểm Ocách điểm Mcố định một khoảng 1cmnên điểm Onằm trên đường tròn tâm M ,bán kính 1cm .
Giới hạn: Vì ba điểm O A B , ,không thẳng hàng nên điểm Onằm trên đường tròn tâm Mbán kính 1 . cm b) Phần đảo
Lấy điểm Obất kỳ trên đường tròn tâmM, bán kính 1cmthì OM cm =1. Vẽ điểm Cđối xứng với A qua O, vẽ điểm Dđối xứng với B. Ta phải chứng minh tứ giác ABCDlà hình bình hành và BC cm = 2 . Thật vậy, tứ giác ABCDcó hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên là hình bình hành.OMlà đường trung bình của ΔABCnên12.1 2
OM BC BO cm = = = =
c) Kết luận
2
49
Vậy quỹ tích của điểm Olà đường tròn tâm M, bán kính 1cmtrừ giao điểm của đường tròn này với đường thẳng AB .
C. Bài tập vận dụng
*) Đƣờng thẳng song song
9.1 Cho hai đường thẳng avà bsong song với nhau và cách nhau 2cm. Tìm quỹ tích những điểm M có tổng khoảng cách đến avà blà 4cm .
9.2 Cho góc vuông xOyvà một điểm Acố định trên tia Oxsao cho OA a = . Điểm Bdi động trên tia Oy. Vẽ vào trong góc vuông này tam giác ABCvuông cân tại A. Tìm quỹ tích điểm C . 9.3 Cho đoạn thẳng ABvà một điểm Cnằm giữa Avà B. Trên cùng một nửa mặt phẳng bờABvẽ các tam giác DACvà EBCvuông cân tại Dvà E. Gọi Mlà trung điểm của DE. Tìm quỹ tích của điểm Mkhi điểm Cdi động giữa Avà B .
9.4 Cho đoạn thẳng ABvà một điểm C nằm giữa Avà B. Vẽ các tam giác đều DACvà EBCtrên cùng một nửa mặt phẳng bờAB. Gọi Mlà trung điểm của DE. Tìm quỹ tích của điểm Mkhi điểm C di động giữa Avà B .
9.5 Cho tam giác ABCcân tại A. Một điểm Ddi động trên đáy BC. Đường thẳng vuông góc với BC vẽ từDcắt các đường thẳng AB , AClần lượt tại Evà F. Gọi Mlà trung điểm của EF. Tìm quỹ tích của điểm M .
*) Đƣờng trung trực và đƣờng thẳng vuông góc
9.5 Cho góc vuông xOyvà một điểm Aở trong góc đó. Một góc vuông đỉnh Aquay quanh A, một cạnh cắt Oxtại B, cạnh kia cắt Oytại C. Gọi Mlà trung điểm của BC. Tìm quỹ tích của điểm M . 9.7 Cho hình chữ nhật ABCD. Gọi Mlà một điểm ở trong hình chữ nhật hoạc trên các cạnh của nó. 1) Chứng minh rằng: 2 2 2 2 MA MC MB MD + = + ;
2) Tìm quỹ tích điểm Mnếu MA MC MB MD + = +
9.8 Cho tam giác đều ABC. Trên nửa mặt phẳng bờBCcó chứa Avẽ tia Bx BC ⊥và trên đó lấy một điểm D. Vẽ tam giác đều CDM (Mvà Bthuộc hai nửa mặt phẳng đối nhau bờCD). Tìm quỹ tích của điểm Mkhi Ddi động trên tia Bx .
* Tia phân giác
9.9. Cho hình vuông ABCD. Trên tia đối của tia ADlấy điểm Edi động. Trên tia đối của tia BAlấy điểm F di động sao cho DE BF =. Vẽ hình bình hành ECFM. Hỏi điểm Mdi động trên đường nào.
9.10. Cho tam giác ABCvuông tại A. Gọi Dvà Elần lượt là các điểm di dộng trên hai cạnh ABvà BCsao cho BD BE =. TừEvẽ một đường thẳng vuông góc với DEcắt ACtại F. Gọi Mlà trung điểm của DF . Tìm quỹ tích của điểm M .
9.11. Cho góc xOycó số đo bằng 60°. Một hình thoi ABCDcó cạnh bằng a; B = ° 60, đỉnh Bdi động trên tia Ox, đỉnh Ddi động trên tia Oy, hai điểm Avà Othuộc hai nửa mặt phẳng đối nhau bờBD. Tìm quỹ tích của điểm A .
* Đƣờng tròn
50
9.12. Cho hình vuông ABCDcạnh 4cm. Tia Oxnằm giữa hai tia DAvà DC. Vẽ tia phân giác của góc ADx cắt ABtại E, tia phân giác của góc CDxcắt BCtại F. Tia Dxcắt EFtại M. Hỏi khi tia Dxquay quanh Dtừ vị trí DAđến vị trí DCthì điểm Mdi động trên đường nào?
9.13. Cho góc vuông xOy. Một đoạn thẳng AB a = 2không đổi, có A Ox ∈và B Oy ∈. Tìm quỹ tích trung điểm Mcủa AB .
9.14. Cho hình bình hành ABCDcạnh CDcố định, AC = 2cm. Tìm quỹ tích của đỉnh B .
51
Website:tailieumontoan.com
MỤC LỤC
CHUYÊN ĐỀ 10. ĐA GIÁC – ĐAC GIÁC ĐỀU ............................................................................................................... 2 CHUYÊN ĐỀ 11. DIỆN TÍCH ĐA GIÁC .......................................................................................................................... 7 CHUYÊN ĐỀ 12. PHƯƠNG PHÁP DIỆN TÍCH............................................................................................................ 15
1
Website:tailieumontoan.com
CHƯƠNG II. ĐA GIÁC – DIỆN TÍCH ĐA GIÁC
CHUYÊN ĐỀ 10. ĐA GIÁC – ĐAC GIÁC ĐỀU
A. Kiến thức cần nhớ
1. Đa giác lồi là đa giác luôn nằm trong một nửa mặt phẳng có bờ là đường thẳng chứa bất kì cạnh nào của đa giác đó.
2. Đa giác đều là đa giác có tất cả các cạnh bằng nhau và tất cả các góc bằng nhau.
3. Bổ sung
- Tổng các góc trong của đa giác ncạnh (n > 2)là (n − ° 2 .180 ) .
- Số đường chéo của một đa giác ncạnh (n > 2)là ( 3)
n n −.
2
- Tổng các góc ngoài của đa giác ncạnh (n > 2)là 360°(tại mỗi đỉnh chỉ chọn một góc ngoài). - Trong một đa giác đều, giao điểm Ocủa hai đường phân giác của hai góc kề một cạnh là tâm của đa giác đều. Tâm Ocách đều các đỉnh, cách đều các cạnh của đa giác đều. Có một đường tròn tâm Ođi qua các đỉnh của đa giác đều gọi là đường tròn ngoại tiếp đa giác đều.
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Tìm số cạnh của một đa giác biết số đường chéo hơn số cạnh là 7 .
Lời giải
* Tìm cách giải. Bài này biết mối liên hệ giữa số đường chéo và số cạnh nên hiển nhiên chúng ta đặt số cạnh của đa giác là nbiểu thị số đường chéo là ( 3)
n n −từ đó ta tìm được số cạnh.
2
* Trình bày lời giải
n n −theo đề bài ta có ( 3)7
Đặt số cạnh của đa giác là n (n ≥ 3)thì số đường chéo là ( 3) 2
2 ⇔ − − = n n5 14 0 ⇔ + − = (n n 2 7 0 )( ) .
Vì n ≥ 3nên n − = 7 0 ⇔ = n 7. Vậy số cạnh của đa giác là 7 .
n nn
−− =
2
Ví dụ 2. Tổng tất cả các góc tỏng và một góc ngoài của một đa giác có số đo là 47058,5°. Hỏi đa giác đó có bao nhiêu cạnh?
Giải
* Tìm cách giải. Nếu ta đặt nlà số cạnh, (n − ° 2 .180 )là một số nguyên.
αlà số đo một góc ngoài của đa giác thì 0 180 ° < < ° αvà
Do đó suy ra (n − ° + = ° 2 .180 47058,5 ) α, từ đó ta có luận như vậy, chúng ta có lời giải sau:
* Trình bày lời giải
Gọi nlà số cạnh của đa giác (n∈ , n ≥ 3).
αlà số dư của 47058,5°chia cho 180°. Bằng cách suy
Tổng số đo các góc trong của đa giác bằng (n − ° 2 .180 ) .
Vì tổng các góc trong và một trong các góc ngoài của đa giác có số đo là 47058,5°nên ta có
(n − ° + = ° 2 .180 47058,5 ) α(
αlà số đo một góc ngoài của đa giác với 0 180 ° < < ° α)
⇒ − ° + = ° + ° (n 2 .180 261.180 78,5 ) α ⇒ − = n 2 261 ⇒ = n 263. Vậy số cạnh của đa giác là 263.
2
Website:tailieumontoan.com
Ví dụ 3. Tổng số đo các góc của một đa giác n - cạnh trừ đi góc Acủa nó bằng 570°. Tính số cạnh của đa giác đó và A .
Giải
* Tìm cách giải. Theo công thức tính tổng các góc trong, ta có (n A − ° − = ° 2 .180 570 ). Quan sát và nhìn nhận,
ta có thể nhận thấy chỉ có thêm điều kiện là n∈ , n ≥ 3và 0 180 ° < < ° A. Từ đó ta có lời giải sau * Trình bày lời giải
Ta có (n A − ° − = ° 2 .180 570 ) ⇔ = − ° − ° A n( 2 .180 570 ) .
Vì 0 180 ° < < ° A ⇒ ° < − ° − ° < ° 0 2 .180 570 180 (n ) ⇔ ° < − ° < ° 570 2 .180 750 (n )19 25 2
⇔ < − < n
6 6
1 1 5 6
⇔ < < n. Vì n∈nên n = 6 .
6 6
Đa giác đó có 6cạnh và A = − ° − ° = ° (6 2 .180 570 150 ) .
Ví dụ 4. Một lục giác đều và một ngũ giác đều chung cạnh AD(như hình vẽ). Tính các góc của tam giác ABC .
Giải
* Tìm cách giải. Vì ADlà cạnh của lục giác đều và ngũ giác đều, nên dễ dàng nhận ra ΔABD , ΔACD, ΔBCD là các tam giác cân đỉnh Dvà tính được số đo các góc ở đỉnh. Do vậy ΔABCsẽ tính được số đo các góc.
A
D
C
B
* Trình bày lời giải
Theo công thức tính góc của đa giác đều, ta có
(6 2 .180 )120
− °
ADB = = ° ⇒ = = ° DAB DBA 30 .
6
(5 2 .180 )108
− °
ADC = = ° ⇒ = = ° DAC DCA 36;
5
Suy ra BDC = ° − ° − ° = ° 360 120 180 132 .
Ta có ΔBDC(DB DC =) cân tại D. Do đó 180 132 24
° − °
DBC DCB = = = ° .
2
Suy ra BAC = ° + ° = ° 30 36 66; ABC = ° + ° = ° 30 24 54; BCA = ° + ° = ° 24 36 60 .
3
Website:tailieumontoan.com
Ví dụ 5. Cho lục giác đều ABCDEF. Gọi M , L , Klần lượt là trung điểm của EF , DE , CD. Gọi giao điểm của AKvới BLvà CMlần lượt là P , Q. Gọi giao điểm của CMvà BLlà R. Chứng minh tam giác PQR là tam giác đều.
Giải
B
A
α
β
α
α
C
F
P
Q
R
β
β
K
D
ML
E
Các tứ giác ABCK , BCDL , CDEMcó các cạnh và các góc đôi một bằng nhau. Các góc của lục giác đều bằng 120° .
Đặt BAK =α ⇒ = = CBL DCM α; LBA = β ⇒ = = = CKA EMC DLB β ⇒ + = ° α β 120 . Trong tam giác CKQcó CQK + + = ° α β 180 ⇒ = ° CQK 60 .
Trong tam giác PBAcó APB + + = ° α β 180 ⇒ = ° APB 60 .
Từ đó suy ra RQP RPQ = = ° 60. Vậy ΔPQRđều.
Ví dụ 6. Cho bát giác ABCDEFGHcó tất cả các góc bằng nhau, và độ dài các cạnh là số nguyên. Chứng minh rằng các cạnh đối diện của bát giác bằng nhau.
M
Giải
B N
A
a
b
C
c
D
h d H
E
g e
f
Q P
G F
Các góc của bát giác bằng nhau, suy ra số đo của mỗi góc là (8 2 .180 )135
− °= ° .
8
Kéo dài các cạnh AHvà BCcắt nhau tại M. Ta có: MAB MBA = = ° − ° = ° 180 135 45, suy ra tam giác MAB là tam giác vuông cân.
Tương tự các tam giác CND, EBF , GQHcũng là các tam giác vuông cân, suy ra MNPQlà hình chữ nhật.
4
Website:tailieumontoan.com
Đặt AB a = , BC b = , CD c = , DE d = , EF e = , FG f = , GH g = , HA h =. Từ các tam giác vuông cân, theo a c MN btương tự2 2
=c
=a MB , 2
= + +
e g PQ f . = + +
định lý Py – ta – go ta có: 2
CNnên 2 2 1
a c e g b f ( )
Do MN PQ =nên 2 2 2 2 + + = + +
⇒ + − − = − a c e g f b . 2
Do f , blà các số nguyên nên vế phải của đẳng thức trên là số nguyên, do đó vế trái là số nguyên. Vế trai chỉ có thể bằng 0tức là f b =hay BC FG =. Tương tự ta có AB EF = , CD GH = , DE HA = . Nhận xét. Dựa vào tính chất số hữu tỷ, số vô tỷ chúng ta đã giải được bài toán trên. Cũng với kỹ thuật đó, chúng ta có thể giải được bài thi hay và khó sau: Cho hình chữ nhật ABCD. Lấy E , Fthuộc các cạnh AB; G , Hthuộc cạnh BC; I , Jthuộc cạnh CD; K , Mthuộc cạnh DAsao cho hình 8 - giác EFGHIJKMcó các góc
bằng nhau. Chứng minh rằng nếu độ dài các cạnh của hình 8 – giác EFGHIJKMlà các số hữu tỉ thì EF IJ = (Tuyển sinh lớp 10, THPT chuyên tỉnh Hưng Yên, năm học 2009-2010)
C. Bài tập vận dụng
10.1. Số đường chéo của một đa giác lớn hơn 14, nhưng nhỏ hơn 27. Hỏi đa giác có bao nhiêu cạnh? 10.2. Tổng số đo các góc của một đa giác n – cạnh trừ đi góc A của nó bằng 2570°. Tính số cạnh của đa giác đó và A .
10.3. Cho ΔABCcó ba góc nhọn và Mlà điểm bất kì nằm trong tam giác. Gọi 1 1 1 A B C ; ;là các điểm đối xứng với Mlần lượt qua trung điểm của các cạnh BC CA AB , , .
a) Chứng minh các đoạn 1 1 1 AA BB CC ; ;cùng đi qua một điểm.
b) Xác định vị trí điểm Mđể lục giác AB CA BC 1 1 1có các cạnh bằng nhau.
10.4. Một ngũ giác đều có 5đường chéo và nhóm 5đường chéo này chỉ có một loại độ dài (ta gọi một loại độ dài là một nhóm các đường chéo bằng nhau). Một lục giác đều có 9đường chéo và nhóm 9đường chéo này có hai loại độ dài khác nhau (hình vẽ).
10.5. Cho ngũ giác lồiABCDEcó tất cả các cạnh bằng nhau và ABC DBE = 2. Hãy tính ABC . 10.6. Cho ngũ giác lồiABCDEcó các cạnh bằng nhau và A B C = =
a) Chứng minh tứ giác ABCDlà hình thang cân;
b) chứng minh ngũ giác ABCDEFlà ngũ giác đều.
10.7. Cho ngũ giác ABCDE, gọi M N P Q , , ,lần lượt là trung điểm của các cạnh AB , BC , CD, EAvà I , J lần lượt là trung điểm của MP NQ ,. Chứng minh rằng IJsong song với EDvà 4ED IJ = .
5
Website:tailieumontoan.com
10.8. Cho lục giác đều ABCDEF.Gọi A B C D E F ′ ′ ′ ′ ′ ′
, , , , ,lần lượt là trung điểm của các cạnh AB ,
BC CD DE EF FA , , , ,. Chứng minh rằng A B C D E F ′ ′ ′ ′ ′ ′là lục giác đều.
10.9. Cho lục giác lồi ABCDEFcó các cặp cạnh đối ABvà DE; BCvà EF; CDvà AEvừa song song vừa bằng nhau. Lục giác ABCDEFcó nhất thiết là lục giác đều hay không?
10.10. Chứng minh rằng trong bốn ngũ giác lồi bất kì luôn tìm được ba đường chéo có độ dài là ba cạnh của một tam giác.
10.11. Chứng minh rằng tổng độ dài các cạnh của một ngũ giác lồi bé hơn tổng độ dài các đường chéo của nó. 10.12. Muốn phủ kín mặt phẳng bởi những đa giác đều bằng nhau sao cho hai đa giác đều nhau thì có chung một cạnh. Hỏi các đa giác đều này có thể nhiều nhất bao nhiêu cạnh?
10.13. Cho lục giác có thất cả các góc bằng nhau, các cạnh đối không bằng nhau. Chứng minh rằng BC EF DE AB AF CD − = − = −. Ngược lại nếu có 6 đoạn thẳng thỏa mãn điều kiện ba hiệu trên bằng nhau và khác 0 thì chúng có thể lập được một lục giác có các góc bằng nhau.
10.14. Chứng minh rằng trong một lục giác bất kì, luôn tìm được một đỉnh sao cho ba đường chéo xuất phát từ đỉnh đó có thể lấy làm ba cạnh của một tam giác.
10.15. Cho lục giác ABCDEGcó tất cả các cạnh bằng nhau A C E B D G + + = + +. Chứng minh rằng các cặp cạnh đối của lục giác song song với nhau.
6
CHUYÊN ĐỀ 11. DIỆN TÍCH ĐA GIÁC A. Kiến thức cần nhớ
Website:tailieumontoan.com
1. Mỗi đa giác có một diện tích xác định. Diện tích đa giác là một số dương có các tính chất sau: - Hai tam giác bằng nhau thì có diện tích bằng nhau.
- Nếu một đa giác được chia thành những đa giác không có điểm trong chúng thì diện tích của nó bằng tổng diện tích của những đa giác đó.
- Hình vuông có độ dài bằng 1thì có diện tích là 1.
2. Các công thức tính diện tích đa giác
- Diện tích hình chữ nhật bằng tích hai kích thước của nó S a b =.(a b,là kích thước hình chữ nhật). - Diện tích hình vuông bằng bình phương cạnh của nó 2
S a =(alà độ dài cạnh hình vuông).
- Diện tích hình vuông có đường chéo dài bằng dlà 1 2
2d .
- Diện tích tam giác vuông bằng nửa tích hai cạnh góc vuông 1.
S a b =(a b,là độ dài hai cạnh góc vuông).
2
- Diện tích hình tam giác bằng nửa tích của một cạnh với chiều cao ứng với cạnh đó 1.
S a h =( a h,là độ dài
2
cạnh và chiều cao tương ứng)
1.
- Diện tích hình thang bằng nửa tích của tổng hai đáy với chiều cao: ( )
S a b h = +(a b,là độ dài hai đáy, h
2
là độ dài đường cao)
- Diện tích hình bình hành bằng nửa tích của một cạnh với chiều cao ứng với cạnh đó S a h =.( a h,là độ dài một cạnh và đường cao tương ứng)
1.
S d d =( 1 2 d d;là độ dài hai
- Diện tích tứ giác có hai đường chéo vuông góc bằng nửa tích hai đường chéo 1 2
2
đường chéo tương ứng)
1.
S d d =( 1 2 d d;là độ dài hai đường chéo tương
- Diện tích hình thoi bằng nửa tích tích hai đường chéo 1 2
2
ứng)
3. Bổ sung
- Hai tam giác có chung một cạnh (hoặc một cặp cạnh bằng nhau) thì tỉ số diện tích bằng tỉ số hai đường cao ứng với cạnh đó).
- Hai tam giác có chung một đường cao (hoặc một cặp đường cao bằng nhau) thì tỉ số diện tích bằng tỉ số hai cạnh ứng với đường cao đó.
- ABCDlà hình thang ( AB CD / / ). Hai đường chéo ACvà BDcắt nhau tại Othì AOD BOC S S = . - Trong các hình chữ nhật có cùng chu vi thì hình vuông có diện tích lớn nhất.
- Hai hình chữ nhật có cùng chiều cao thì tỉ số diện tích bằng tỉ số hai đáy.
23
- Tam giác đều cạnh a có diện tích là B. Một số ví dụ
a. 4
Ví dụ 1. Cho hình chữ nhật ABCDcó AB cm =12 , AD cm = 6,8. Gọi H , I , E , Klà các trung điểm tương ứng của BC , HC , DC , EC .
a) Tính diện tích tam giác DBE .
b) Tính diện tích tam giác EHIK .
7
Website:tailieumontoan.com
Giải
* Tìm cách giải. Dễ dàng tính được diện tích hình chữ nhật ABCD. Mặt khác, đề bài xuất hiện nhiều yếu tố trung điểm nên chúng ta có thể vận dụng tính chất: hai tam giác có chung đường cao thì tỉ số diện tích bằng tỉ số hai cạnh đáy ứng với đường cao đó. Từ đó rút ra nhận xét: đường trung tuyến của tam giác chia tam giác ấy thành hai phần có diện tích bằng nhau.
Từ nhận xét quan trọng đó, chúng ta lần lượt tính đượ diện tích các tam giác BCD, BCE , DBE , BEH , ECH , HCK , CKI ,…
* Trình bày lời giải
a) ABCDlà hình chữ nhật nên
1 1 1 2 2 2 2 BCD ABCD S S AB AD cm = = = =
. . .12.6,8 40
E là trung điểm của CD, suy ra:
1 2
BDE BCE BCD S S S cm = = =
A B H
2
b) H là trung điểm
20,4
I
1 1 2
BC S S cm ⇒ = = = CHE BCE
D
E K
C
2 2
.20,4 10,2
K là trung điểm 1 2 CE S S cm ⇒ = = HKC CHE
2
I là trung điểm CH
1 2
CKI HKC ⇒ = = S S cm
5,1
2
2,55
Vậy 2
10,2 2,55 7,65 EHIK CHE CIK S S S cm = − = − = .
Ví dụ 2. Cho hình chữ nhật ABCDcó diện tích 2
24cm. Lấy điểm E thuộc BCvà F thuộc CD sao cho
4cmvà 2
diện tích tam giác ABEvà ADFlần lượt là 2
9cm. Tính diện tích tam giác AEF .
(Olypic Toán, Châu Á- Thái Bình Dương, năm 2001)
Giải
* Tìm cách giải. Quan sát hình vẽ, suy luận rất tự nhiên: muốn tính diện tích tam giác AEFchúng ta chỉ cần tính diện tích tam giác CEF .
Nhận thấy không thể và cũng không cần tính cụ thể độ dài CEvà CF. Chúng ta biết rằng, nên chỉ cần tìm mối quan hệ giữa CEvà BC; CFvà CD. Phân tích như vậy, chúng ta chỉ cần tìm mối quan hệ giữa BEvà BC; DFvà CD.
Mặt khác hình chữ nhật ABCDvà tam giác vuông ABEcó chung cạnh ABđồng thời biết diện tích của chúng nên dễ dàng tìm được mối quan hệ giữa BEvà BC. Tương tự như vậy hình chữ nhật ABCDvà tam giác vuông ADFcó chung cạnh AD, đồng thời biết diện tích của chúng nên dễ dàng tìm được mối quan hệ giữa DFvà CD. Từ đó ta có lời giải sau:
* Trình bày lời giải
Ta có: 2
24 ABCD S cm =suy ra:
1 2
ABC ACD ABCD S S S cm = = =
A B
2
12
ΔABCvà ΔABEcó chung đường cao AB = =
BE S
nên 412
ABE
E
BC S
ABC
D
8
F
C
Website:tailieumontoan.com
hay 1 2
BE CE
= ⇒ =
BC BC
3 3
DF S
ΔADFvà ΔADCcó chung đường cao ADnên 912
= =
ABE
DC S
ABC
hay 3 1
DF CF
= ⇒ = .
DC CD
4 4
S CE CF S S cm . 1 2 1 1 1 1 . . . .24 2
Ta có: 2
= = = ⇒ = = = . CEF
S BC CD
CEF ABCD
ABCD
2. . 2 3 4 12 12 12
Do vậy 2
24 4 9 2 9 AEF ABCD ABE ADF CEF AEF S S S S S S cm = − − − ⇒ = − − − = .
Ví dụ 3. Cho hình thang cân ABCD(AB//CD). Biết BD cm = 7; ABD = ° 45. Tính diện tích hình thang ABCD.
(Olympic Toán Châu Á – Thái Bình Dương 2007)
Giải
Cách 1. Nối ACcắt BDtại E . ΔABEvuông cân
⇒ ⊥ BE AC. Diện tích hình thang là:
1 1 49 2 2
S AC BD BD cm = = =
.
2 2 2
Cách 2. Kéo dài tia BA lấy điểm E sao cho AE CD =, ta được:
Δ = Δ AED CDB(c.g.c) suy ra:
AED CDB = = ° 45. Từ đó suy ra:
ΔBDEvuông cân tại D .
ABCD ABD CDB ABD AED S S S S S = + = +
1 49 2 2
= = = S BD cm .
2 2 DBE
9
Website:tailieumontoan.com
Cách 3. KẻDH AB ⊥ , BK CD ⊥. Do AB//CDnên HDK = ° 90mà DBlà phân giác HDK(vì BDK = ° 45) ⇒ HDKBlà hình vuông mà Δ = Δ HAD KCB(cạnh huyền – góc nhọn)
suy ra HDA BCK S S =nên ABCD ABKD CKB ABKD AHD DHBK S S S S S S = + = + =
2
2 2 49
BD
= = = BK cm .
2 2
Ví dụ 3. Cho ΔABCvuông tại A . AHlà đường cao. Gọi M , Nlà hình chiếu của Htrên AB , AC. Gọi I là giao điểm của BNvà CM. Chứng minh: BIC AMIN S S = .
Giải
Ta có: ΔANHvà ΔBNHcó chung HNvà đường cao hạ từAvà Bbằng nhau nên
ANH BNH ANH CNH BNH CNH S S S S S S = ⇒ + = +
AHC BNC ⇒ = S S(1)
Mặt khác MA HN =nên AHC AMC S S =(2)
Từ (1) và (2) ta có:
BNC AMC BNC NIC AMC NIC S S S S S S = ⇒ − = −
Vậy BIC AMIN S S = .
Nhận xét.
Kĩ thuật so sánh BIC Svới AMIN Sta so sánh BNC Svới AHC Stừ đó dẫn đến so sánh BHN Svà AHN S .
Ví dụ 4. Gọi M , Nlần lượt là trung điểm các cạnh BCvà CDcủa tứ giác lồi ABCD. Chứng minh rằng: 1 2
( )
ABCD S AM AN < + .
.2
Giải
* Tìm cách giải. Nhận thấy vế phải của phần kết luận có độ dài hai cạnh của tam giác AMN, mặt khác dễ thấy ( )2
≤ ≤(vận dụng kết quả( )2
1 1
AM AN
S AM AN+
. . .
2 2 4 AMN
theo AMN S. Định hướng cuối cùng là 4. ABCD AMN S S ≤ . * Trình bày lời giải
ab+
a b
≤). Do vậy chúng ta cần biến đổi ABCD S 4
10
Website:tailieumontoan.com
2. 2. ABCD ABC ACD AMC ANC S S S S S = + = +
= + = = + 2. 2. 2. 2. (S S S S S AMC ANC AMCN AMN CMN )
Gọi giao điểm AMvà BDlà I
CMN IMN AMN ⇒ = < S S S ( )2
2 4 ABCD AMNAM AN
S S AM NH AM AN+
1
⇒ < = ≤ ≤ .
4. 4. . . 2. . 2.
1 2
Suy ra ( )
ABCD S AM AN < + .
.2
Ví dụ 5. Cho tam giác ABCvới Dlà điểm thuộc cạnh BCvà Flà điểm thuộc cạnh AB. Điểm Kđối xứng với điểm Bqua DF. Biết rằng K , Bnẳm khác phía so với AC. Cạnh ACcắt FKtại Pvà DKtại Q . Tổng diện tích của các tam giác , PKQvà QDC là 2
10cm. Nếu ta cộng tổng diện tích này với diện tích tứ giác
DFPQ thì bằng 23diện tích tam giác ABC. Tính diện tích tam giác ABC theo 2
cm .
(Olympic Toán học Trẻ Quốc tế tại Hàn Quốc KIMC 2014 (Malaysia đề nghị) )
Giải
Ta có:
S S S S S S S S S DFPQ ABC BFD APF CDQ ABC DKF APF CDQ = − + + = − + + ( ) ( )
= − + + + S S S S S ABC DFPQ KPQ APF CDQ ( )
2 1
= − = S S S
3 3 ABC ABC ABC
1
KPQ APF CDQ ABC ⇒ + + = S S S S
3
2
3.10 30 ABC ⇒ = = S cm .
Ví dụ 6: Chín đường thẳng có cùng tính chất là mỗi đường thẳng chia hình vuông thành hai tứ giác có tỉ số bằng 23. Chứng minh rằng tồn tại ít nhất ba đường thẳng trong số đó cùng đi qua một điểm. (Thi vô địch CHLB Nga – năm 1972)
Giải
* Tìm cách giải: Chứng minh tồn tại ít nhất ba đường thẳng trong số đó cùng đi qua một điểm, mà không chỉ ra được cụ thể tường minh đó là điểm nào, chúng ta liên tưởng tới khả năng vận dụng nguyên lý DDirrichle. Trong
11
Website:tailieumontoan.com
trường hợp này, chúng ta cần chỉ ra 9 đường thẳng mà mỗi đường thẳng phải đi qua ít nhất 1 trong 4 điểm cố định nào. Từ đó nếu mỗi điểm có nhiều nhất chỉ có 2 đường thẳng đi qua thì nhiều nhất chỉ có 4.2 = 8 đường thẳng (nhỏ hơn 9). Vô lý.
* Trình bày lời giải:
Các đường thẳng đã cho không thể cắt các cạnh kề nhau của hình vuông
ABCD. Bowie vì nếu thế không thể tạo ra hai tứ giác mà là tam giác và ngũ
giác.
Giả sử một đường thẳng cắt các cạnh BC và AD tại các điểm M và N. Các
hình thang ABMN và CDMN có các đường cao bằng nhau do đó tỉ số diện
tích của chúng bằng tỉ số các đường trung bình. Tức là MN chia đoạn thẳng
nối trung điểm của các cạnh AB
và CD theo tỉ số23. Tổng số các điểm chia các đường trung bình của hình vuông theo tỉ số23là 4. Bởi số đường thẳng đã cho là 9 và đều phải đi qua một trong số bốn điểm nói trên, nên có một điểm thuộc ít nhất 3 đường thẳng . Tức là có ít nhất ba đường thẳng trong số đó cùng đi qua một điểm.
Ví dụ 7: Bên trong hình vuông có cạnh bằng 10 có 1000 điểm , không có ba điểm nào thẳng hàng. Chứng minh rằng trong số các tam giác có đỉnh là các điểm đó hoặc các đỉnh hình vuông , tồn tại một tam giác có diện tích không quá 50
1001.
Giải
* Tìm cách giải: Nhận thấy rằng hình vuông có diện tích 10.10 100 =. Suy luận một cách tự nhiên, chúng ta nghĩ một cách từ 1000 điểm và 4 đỉnh nối với nhau như thế nào để tạo thành các tam giác không có điểm chung trong. Khi đó tổng diện tích các tam giác tạo thành có diện tích bằng 100. Chúng ta sẽ lập luận diện tích nhỏ nhất của một tam giác tạo thành thỏa mãn yêu cầu đề bài.
* Trình bày lời giải
Gọi 1000 điểm trong hình vuông cạnh bằng 10 là 1 2 1000 A A A , ,...., .
Bước thứ nhất, ta nối A1với các đỉnh của hình vuông, ta được bốn tam giác.
Xét điểm Akvới k = 2,3,4,....,1000.Nếu Aknằm trong một tam giác đã tạo ra
(chẳng hạn A2ở hình vẽ), ta nối A2với ba đỉnh của tam giác đó, số tam giác
tăng thêm hai (từ 1 thành 3), nếu Akthuộc một cạnh chung của hai tam giác tạo
ra (chẳng hạn A3ở hình vẽ), ta nối A3với các đỉnh đối diện với cạnh chung, số
tam giác cũng tăng thêm hai (từ 2 thành 4)
Như vậy, sau bước thứ nhất ta được tam giác. Trong 999 bước còn lại, mỗi bước tăng thêm hai tam giác. Tổng cộng ta có: 4 2.999 2002 + =tam giác
Tổng diện tích của 2002 tam giác đó bằng 100. Do đó tồn tại một tam giác có diện tích không quá 100 50
=
2002 1001
Nhận xét. Từ cách giải trên, chúng ta có thể giải được bài toán tổng quát sau:
- Bên trong một hình vuông có cạnh là a cho n điểm. Chứng minh rằng trong số các tam giác có đỉnh là
a
2
các điểm đó hoặc các đỉnh hình vuông, tồn tại một tam giác có diện tích không quá
n +.2 2
12
Website:tailieumontoan.com
- Bên trong một đa giác lồi n cạnh có diện tích là S lấy m điểm. Chứng minh rằng trong số các tam giác S
có đỉnh là các điểm đó hoặc các đỉnh đa giác, tồn tại một tam giác có diện tích không quá 2 2 m n + −.
Ví dụ 8: chứng minh rằng hai hình chữ nhật cùng kích thước
a b ×được xếp sao cho chúng cắt nhau tại 8 điểm thì diện tích phần chung lớn hớn nửa diện tích một hình chữ nhật.
H
Giải
Vẽ CM, CN (như hình vẽ) ⇒ = CM CN .
Suy ra CA là tia phân giác góc MAN và góc MCN. Chứng minh D
tương tự, ta có: BD là phân giác của EBF .
Dựa vào cặp góc có cạnh tương ứng vuông góc, ta có: MAN EBF =nên CAE DBF = .
Từ đó suy ra AC ⊥ BD.
Do đó 1.
ABCD S AC BD =
2
111
222 AEBFCIDH ABCD S S AC BD CN BD a b > = > >
. . .
MN
A
I C
E
B
F
Nhận xét: Sử dụng kỹ thuật của chuyên đề tam giác đồng dạng. Các bạn có thể giải được bài toán sau: Cho hai hình chữ nhật cùng kích thước a b ×. Một hình chữ nhật các cạnh tô màu đỏ, một hình chữ nhật các cạnh tô màu xanh, được xếp sao cho chúng cắt nhau tại 8 điểm. Chứng minh rằng hình bát giác có tổng các cạnh màu đỏ bằng tổng các cạnh tô màu xanh.
C. Bài tập vận dụng
11.1. Cho hình chữ nhật ABCD có CD = 4cm, BC = 3cm. Gọi H là hình chiếu của C trên BD. Tính diện tích tam giác ADH.
11.2. Cho hình thang ABCD có độ dài hai đáy là AB = 5cm, CD = 15cm, độ dài hai đường chéo là AC =16cm, BD =12cm. Tính diện tích hình thang ABCD.
11.3. Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Các điểm D, E theo thứ tự di chuyển trên AB, AC sao cho BD = AE. Xác định vị trí điểm D, E sao cho tứ giác BDEC có diện tích nhỏ nhất.
11.4. Cho tam giác ABC có diện tích là S, trên cạnh AB lấy điểm D sao cho AD = 2BD. Gọi E là trung điểm của AC và I là giao điểm CD và BE. Tính đường tròn tam giác IBC.
11.5. Cho tứ giác lồi ABCD. Qua trung điểm K của đường chéo BD dựng đường thẳng song song với đường chéo AC, đường này cắt AD tại E. Chứng minh rằng CE chia tứ giác thành hai phần có diện tích bằng nhau (biết E nằm giữa A và D).
11.6. Cho hình bình hành ABCD. Trên cạnh Ab và CD lần lượt lấy các điểm M và K sao cho AM = CK. Trên đoạn AD lấy điểm P bất kì. Đoạn thẳng MK lần lượt cắt PB và PC tại E và F. Chứng minh rằng: PEF BME CKF S S S = + .
11.7. Cho tam giác ABC có các trung tuyến AD và BE vuông góc với nhau tại O. Biết rằng AC = b; BC = a. Tính đường tròn hình vuông có cạnh là a.
11.8. Đặt một hình vuông nhỏ vào bên trong một hình vuông lớn rồi nối 4 đỉnh của hình vuông lớn hơn tương ứng theo thứ tự với 4 đỉnh của hình vuông nhỏ (như hình vẽ).
Chứng minh rằng: AMNB CDQP ADQM BCPN S S S S + = + .
13
Website:tailieumontoan.com
A
11.9. Cho ΔABCvuông tại A có AH là đường cao. Trên AB, AC lấy K, L sao cho AK = AL =AH. Chứng minh rằng 12
AKL ABC S S ≤ .
11.10. Cho tứ giác ABCD. Gọi M; N lần lượt là trung điểm AB; CD. Gọi P; Q lần lượt là trung điểm BM và DN. Chứng minh rằng 1
MPNQ ABCD S S = .
4
11.11. Cho hình chữ nhật ABCD. Trên cạnh AB lấy hai điểm M, N sao cho AM = MN = NB và P là trung điểm cạnh CD. Gọi O là giao điểm của ND và MP. Biết đường tròn tam giác DOP lớn hơn diện tích tam D
giác MON là 7cm2. Tính diện tích hình chữ nhật ABCD.
11.12. Cho tứ giác ABCD có AC =10cm, BD =12cm. Hai đường chéo AC và BD cắt nhau tại O, biết 0 AOB = 30 .Tính diện tích tứ giác ABCD.
N
M
Q
P
B
C
11.13. Cho tứ giác ABCD. Gọi M, P, N, Q lần lượt là trung điểm các cạnh AB, BC, CD, AD; O là giao điểm của MN và PQ. Chứng minh:
a) AOQ BOP MPQ S S S + =
1
AOD BOC ABCD S S S + =
b) .
2
11.14. Cho một hình bình hành và 13 đường thẳng, mỗi đường thẳng đều chia hình bình hành thành hai tứ giác có tỉ số diện tích bằng25. Chứng minh rằng trong 13 đường thẳng đó, có ít nhất bốn đường thẳng cùng đi qua một điểm.
11.15. Bên trong một hình vuông có cạnh bằng 1 cho 1000 điểm trong đó không có ba điểm nào thẳng hàng. Chứng minh rằng trong số các tam giác có đỉnh là 3 trong 1000 điểm đó, tồn tại một tam giác có diện tích không quá 1998.
11.16. Cho 37 điểm, không có ba điểm nào thẳng hàng, nằm ở bên trong một hình vuông có cạnh bằng 1. Chứng minh rằng luôn tìm được năm điểm trong 37 điểm đó thỏa mãn: Các tam giác được tạo bởi ba trong năm điểm đó có diện tích không quá 118.
11.17. Cho một đa giác lồi. Chứng minh rằng tồn tại một hình bình hành có diện tích không quá hai lần diện tích đa giác sao cho các đỉnh của đa giác nằm trong hoặc trên biên của hình bình hành. 11.18. Cho lục giác lồi ABCDEF có các cặp cạnh đối song song. Chứng minh 12
ACE ABCDEF S S ≥ .
11.19. Cho tứ giác ABCD. Gọi I, E, G, H lần lượt là trung điểm của AB, BC, CD, DA, đường thẳng CI cắt BH và DE lần lượt tại M và N, đường thẳng AG cắt DE và BH lần lượt tại P và Q. Chứng minh rằng: MNPQ IBM CEN DGP AHQ S S S S S = + + + .
11.20. Cho tam giác ABC, gọi M, N, D lần lượt là trung điểm của BC, CA, AB và P là điểm tùy ý nằm ngoài tam giác. Chứng minh rằng trong ba tam giác PAM, PBN, PCD luôn tồn tại một tam giác có diện tích bằng tổng
diện tích hai tam giác còn lại.
14
Website:tailieumontoan.com
CHUYÊN ĐỀ 12. PHƯƠNG PHÁP DIỆN TÍCH
A. Kiến thức cần nhớ
1. Ta đã biết một số công thức tính diện tích của đa giác như công thức tính diện tích hình tam giác, hình thang, hình bình hành, hình chữ nhật, hình thoi, ...Khi ấy biết độ dài của một số yếu tố, ta có thể tính được diện tích của những hình ấy. Ngược lại nếu biết quan hệ diện tích của hai hình chẳng hạn biết hai tam giác có diện tích bằng nhau và có hai đáy bằng nhau thì suy ra được các chiều cao tương ứng bằng nhau. Như vậy các công thức tính diện tích cho ta các quan hệ về độ dài của các đoạn thẳng.
2. Để so sánh hai đọ dài nào đó bằng phương pháp diện tích, ta có thể làm theo các bước sau: - Xác định quan hệ diện tích giữa các hình.
- Sử dụng các công thức diện tích để biểu diễn mối quan hệ đó bằng một đẳng thức có chứa độ dài. - Biến đổi đẳng thức vừa tìm được ta có quan hệ về độ dài giữa hai đoạn thẳng sần so sánh. 3. Một số biện pháp thực hiện:
- Sử dụng trực tiếp công thức tính diện tích tam giác.
- Sử dụng tính chất: Nếu hai tam giác có cùng chiều cao thì tỉ số hai đáy tương ứng bằng tỉ số hai diện tích. Ngược lại, nếu hai tam giác có cùng đáy thì tỉ số hai chiều cao tương ứng bằng tỉ số hai diện tích. - Sử dụng tính chất: Nếu một tam giác và một hình bình hành có cùng đáy và cùng chiều cao (ứng với đáy đó) thì diện tích tam giác bằng nửa tdc hình bình hành.
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Cho tam giác ABC, một đường thẳng cắt cạnh AB, AC lần lượt tại M và N. Chứng minh rằng: S AM AN
.
=
AMN
S AB AC
.
ABC
Giải
Áp dụng tính chất hai tam giác có cùng đường cao, ta có:
S S AN AM
AMN AMC
= =
;
S AC S AB
AMC ABC
S S S AM AN
Từ đó suy ra: ..
AMN AMN AMC
= ⋅ =
S S S AB AC
ABC AMC ABC
(điều phải chứng minh).
′ ′ ′ ′ ′ ′ ′
S A B A C
Ví dụ 2. Cho tam giác ABC và ΔABC ′ ′ ′có A A =′ . Chứng minh rằng: ..
ABC
= .
Giải
S AB AC
ABC
′ ′ ′ ′
Trên đường thẳng AB, AC lấy 2 điểm M và N sao cho AM A B AN A C = =
, .
Từ đó suy ra: Δ = Δ A B C AMN ′ ′ ′(c.g.c).
A
S AM AN
Chứng minh tương tự ví dụ 1, ta có: ..
AMN
=
S AB AC
ABC
= N M
′ ′ ′ ′ ′ ′ ′
S A B A C
Từ đó suy ra: ..
ABC
S AB AC
ABC
B C
15
A'
A
N
M
C'
B'
Website:tailieumontoan.com
B C
Nhận xét. Ví dụ 1; 2 là một kết quả đẹp về tỉ số diện tích. Chúng được vận dụng trong nhiều bài toán về sau. Bạn nên nhớ tính chất này.
Ví dụ 3. Cho tam giác ABC, gọi D là trung điểm AB. trên cạnh AC lấy điểm E sao cho AE EC = 2. . Gọi O là giao điểm của CD và BE. Chứng minh rằng:
a) BOC AOC S S =
b) BO = 3.EO
A
E D
O
BC
S S =
Tìm cách giải : Vì Dlà trung điểm của ABnên suy ngay ra được A C B C D D S S =; AOD BOD
Nên dễ dàng dẫn đến BOC AOC S S =. Nhận thấy rằng BO, COlà hai cạnh của tam giác BOC , COEcó chung đường cao kẻ từC. Do đó để so sánh BOvà CO, ta so sánh diện tích tam giác BOCvà COE. Từ câu a, ta so sánh diện tích tam giác AOCvà COE, hiển nhiên ta cần so sánh ACvà AE. Từ đó ta có lời giải sau:
Trình bày lời giải
S S =; CA CB D D S S =. Suy ra : CA AOD CB BO D D D S S S S − = −
Ta có : A B D D =nên AOD BOD
Hay BOC AOC S S =. Áp dụng tỉ số diện tích hai tam giác có chung chiều cao, ta có :
S EC
S OE OB OE 1
= =mà 13.
OEC
S E
OEC
= = ⇒ =
OAC
A 3
S OB BOC
3
Nhận xét . Để chứng minh OB OE = 3.là chúng ta chứng minh 3. BOC OEC S S =. Phương pháp diện tích để tìm tỉ số đoạn thẳng, ta tìm tỉ số diện tích của 2 tam giác nhận 2 đoạn thẳng ấy làm cạnh.
Ví dụ 4. Cho tam giác ABC cân đỉnh A. một điểm Mthuôc cạnh BC, kẻMDvuông góc với cạnh AB , MEvuông góc với AC. Chứng minh rằng tổng MD+MEkhông phụ thuộc vào vị trí điểm Mtrên cạnh BC .
16
Website:tailieumontoan.com
Giải
Tìm cách giải. Nhận thấy khi điểm Mdi động trên cạnh BCthì quan hệMDvuông góc với AB , MEvuông góc với AClà không đổi , nên dễ dàng nhận biết được tổng diện tích hai tam giác ABMvà ACMlà không đổi . Do vậy chúng ta nghĩ tới phương pháp diện tích.
Trình bày lời giải
A
D
H
E
B C
KẻBH AC H ⊥ ⇒cố định , suy ra BHkhông đổi . Ta có:
1 1 1 1 1 . . .BH ( ) .BH
2 2 2 2 2 ABM AMC ABC S S S AB DM AC ME AC AB DM ME AC + = ⇒ + = ⇒ + = (vì AB AC =)
Do đó : DM ME +không phụ thuộc vào vị trí của Mtrên BC .
Nhận xét
Ngoài cách giải trên, chúng ta còn có cách giải khác như sau: KẻMIvuông góc với BH. Chúng ta chứng minh được MI BI = , ME IH =, từ đó suy ra DM ME BH + =không phụ thuộc vào vị trí điểm Mtrên cạnh BC
Tam giác ABCđều sẽ là trường hợp đặc biệt của tam giác cân, do vậy với kỹ thuật trên chúng ta giải được bài toán sau : Cho tam giác đều ABC. Một điểm Mbất kì thuộc miền trong hoặc trên cạnh tam giác ABC . Chứng minh rằng tổng khoảng cách từ điểm Mđến các cạnh tam giác ABCkhông phụ thuộc điểm vào điểm M .
Nếu cho điểm Mchuyển động trên tia đối của tia CBta có : ABM AMC ABC S S S − =
Với kỹ thuật trên chúng ta giải được bài toán sau : Cho tam giác ABCcân đỉnh A. Một điểm Mtùy ý trên tia đối của tia CB. KẻMDvuông góc với cạnh AB , MEvuông góc với AC. Chứng minh rằng hiệu MD ME − không phụ thuộc vào vị trí điểm M
Bản chất của cách giải là dùng diện tích kết hợp với AB AC =đề chứng minh kết quả trên bằng độ dài đường cao ứng với cạnh bên. Với tưởng ấy chúng ta giải được bài toán sau . Cho tam giác đều ABC, một điểm M nằm ở miền trong góc A, nhưng nằm ngoài tam giác ABC. KẻMDvuông góc với cạnh AB , MKvuông góc với BC. Chứng minh rằng : MD ME MK + −không phụ thuộc vào vị trí điểm M .
17
Website:tailieumontoan.com
Ví dụ 5 . Một hình chữ nhật bằng giấy được gấp theo đường chéo ACnhư hình vẽ . Diện tích của hình chữ nhật được bằng 58của diện tích ban đầu . Biết diện tích tam giác AMClà 2
18cm
Tính diện tích hình chữ nhật ban đầu
Chứng tỏ độ dài AMgấp 3 lần độ dài BM
Giải
D B
M
A C
Tìm cách giải. Nhận thấy rằng khi gấp tờ giấy hình chữ nhật theo đường chéo thì phần tờ giấy xếp chồng lên
nhau chính là phần tam giác AMC. Mặt khác diện tích hình nhận được bằng 5 8
của diện tích ban đầu. Từ đó
suy ra câu b, nhận thấy AM , BMlần lượt là độ dài hai cạnh của hai tam giác AMC , BMCcó chung đường cao kẻ từC. Do vậy muốn so sánh AMvà BMchúng ta nên đi so sánh diện tích tam giác AMCvà diện tích tam giác BMC .
∙ Trình bày lời giải .
a) Khi gấp tờ giấy hình chữ nhật theo đường chéo thì phần tờ giấy xếp chồng lên nhau chính là phần tam giác AMC. Do vậy diện tích hình nhận được so với diện tích hình chữ nhật ban đầu giảm đi đúng bằng diện tích tam giác MAC. Tức là giảm đi 2
18cm. Diện tích hình nhận được bằng 58diện tích hình chữ
nhật ban đầu nên diện tích tam giác AMCbằng 5 3 13 8
− =(diện tích hình chữ nhật)
Do đó diện tích hình chữ nhật là :3 2
18: 48( )
8= cm
b) Diện tích tam giác ABClà :2
48: 2 24( ) = cm
Diện tích tam giác MBClà :2
24 18 6( ) − = cm
S AM
Hai tam giác MBCvà AMCcó chung đường cao BCnên :18 3
AMC
= = =
S MB
3
MBC
Suy ra : AM MB = 3
Ví dụ 6. Cho hình thang ABCD(AB//CD). Gọi Olà giao điểm của ACvà BD. Qua Okẻ đường thẳng d song song với CD. Đường thẳng d cắt ADvà BClần lượt tại Mvà N. Chứng minh rằng : OM ON =
Giải
18
Website:tailieumontoan.com
A B
K M N H
I J
O
D C
P Q
∙ Tìm cách giải. Khi nói về diện tích hình thang thì đặc trưng là tam giác AOD; BOClà có diện tích bằng nhau . Khai thác yếu tố này , ta có : NOM DOM BON CON S S S S + = +
Từ nhận xét trên ta muốn so sánh OMvà ONchúng ta đi so sánh tổng các đường cao ứng với cạnh OM và ON
Trình bày lời giải
KẻAPvuông góc CDvà cắt MN tại I , BQvuông góc với CDvà cắt MNtại J; DKvuông góc với 1 1 D. ; D.
2 2 AC BC S C AP S C PQ = =
MNtại K; CHvuông góc với MNtại Hta có :D D
Mà AP BQ =nên AC BC AOC BOC D D S S S S = ⇒ =
Mặt khác
1 1 1 1 . . ( ) .
2 2 2 2 AO AOM DOM S S S OM AI OM DK OM AI DK OM AP = + = + = + =
D
1 1 1 1 .BJ . (BJ ) .BQ
2 2 2 2 BOC BON CON S S S ON ON CH ON CH ON = + = + = + =
Suy ra : 1 1
OM AP ON BQ OM ON = ⇒ =
. .
2 2
Ví dụ 7. Cho0
xOy = 90có tia Ozlà phân giác lấy điểm Pcố định thuộc tia Oz( Pkhác O). Qua Pkẻ đường thẳng bất kì cắt Ox , Oytại M , N. Chứng minh khi d thay đổi thì 1 1
+không đổi.
OM ON
Giải
19
Website:tailieumontoan.com
x
M
IP
z
KẻPI Ox ⊥ ⊥ ,PH Oy
O
H
N
y
Ta có PI PH =và không đổi , ta có :OPM OPN OMN S S S + =
Nên :1 1 1
OM PI ON PH OM ON + =
. . .
2 2 2
Chia 2 vế cho 1.
2OM ON
PI PH
Ta có :1
+ =
ON OM
Do PI PH =, nên ta có : 1 1
+không đổi.
OM ON
Ví dụ 8. Trong tam giác ABCgọi , , abc h h hlà độ dài các đường cao ứng với các cạnh BC , CA , AB. Gọi x y z , ,là khoảng cách từ điểm Mthuộc miền trong tam giác đến BC , CA , AB. Chứng minh rằng : min , , max , , (h h h x y z h h h a b c a b c ) ≤ + + ≤ ( )
Giải
A
z
x
y M
Giả sửabc h h h c b a ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ Mà
BC
≤ + + ⇒ + + ≥ =
2S 2S=ax+by+cz (1) ax ay az x y z h
a
a
20
Website:tailieumontoan.com
2S 2S=ax+by+cz (2) ≥ + + ⇒ + + ≤ =
cx cy cz x y z h
a
c
Từ (1) và (2) suy ra điều phải chứng minh.
C. Bài tập vận dụng
1
12.1 Cho hình vuông ABCDvà Elà điểm trên cạnh ADsao cho 2
ABE ABC S S =
Tính độ dài đoạn AE .
(Olimpic toán tuổi thơ toàn quốc năm 2014- 2015)
D144( ) ABC S cm =và D 3
12.2 Cho hình thang ABCD(AB//CD). Gọi M N,lần lượt là trung điểm của AB C, D. Một đường thẳng song song với hai đáy cắt ADởE , MNởI , BCởF. Chứng minh : IE IF = .
12. 3. Cho tam giácABC. Qua điểm Otùy ý nằm trong tam giác ta kẻ các đường thắng AO BO CO ; ; cắt OM ON OP
BC CA AB , , lần lượt tại M N,và P. Chứng minh rằng: 1
+ + = .
AM BN CP
12.4. Cho ΔABCtrung tuyếnAM. Một đường thẳng song song vớiBC, cắt cạnh AB AC , và AMtạiD E F , , . Chứng minhFD FE = .
12.5. Cho hình bình hànhABCD. Trên BClấy điểm Ivà trên ABlấy điểm Ksao choAI CK =. Gọi Olà giao điểm của AIvàCK. Chứng minh ODlà tia phân giác của gócAOC.
12.6. Cho hình thàngABCD AB CD AB CD // , ( ) <. Lấy điểm Mtrên CD sao cho BMchia ABCDthành hai phần có diện tích bằng nhau. Gọi Nlà trung điểmAD. Chứng minh MN BC // .
12.7. Cho tam giácABC. Các điểm MNP , , theo thứ tự thuộc các đoạn thẳngBC CA AB , ,
. Các điểm X Y Z , , theo thứ tự thuộc các đoạn thẳng NP PM MN , , . Biết rằng YZ ZX XY ; ; theo thứ tự song song với BC CA AB , , . Chứng minh XP MB
= .
XN MC
12. 8. Cho tam giácABC. Trên cạnh ABlấy điểm Dsao choBD DA 3 =, trên CBlấy điểm Esao cho BE EC 4 =. Gọi Flà giao điểm của AEvàCD. Chứng minh rằngFD FC = .
12. 9. Cho tứ giác lồiABCD. Trên hai cạnh ABvà CDta lần lượt lấy hai điểm
12.14. Cho lục giác ABCDEF, mỗi đường chéo AD, BE, CF chia lục giác thành hai phần bằng nhau có diện tích bằng nhau. Chứng minh rằng AD, BE, CF đồng quy.
12.15. Cho lục giác ABCDEF. Gọi các trung điểm của AB, BC, CD, DE, EF, FA lần lượt là L, M, N, Q, R. Biết mỗi đoạn LP, MQ, NR đồng quy.
12.16. Cho tứ giác ABCD có E,F lần lượt là trung điểm của các cạnh AD, BC. Đường thằng EF cắt các đường thẳng AB, CD lần lượt tại M, N. Chứng minh rằng MA.NC = MB.ND
21
Website:tailieumontoan.com
22
Website:tailieumontoan.com
CHƯƠNG III. TAM GIÁC ĐỒNG DẠNG
CHUYÊN ĐỀ 13. ĐỊNH LÝ TA-LÉT TRONG TAM GIÁC .....................................................................................................2 CHUYÊN ĐỀ 14. TÍNH CHẤT ĐƯỜNG PHÂN GIÁC CỦA TAM GIÁC.........................................................................17 CHUYÊN ĐỀ 15. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐỒNG DẠNG CỦA TAM GIÁC.........................................................................29 CHUYÊN ĐỀ 16. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐỒNG DẠNG CỦA TAM GIÁC VUÔNG ........................................................45 CHUYÊN ĐỀ 17. ĐỊNH LÝ MENELAUS, ĐỊNH LÝ CE – VA, ĐỊNH LÝ VAN – OBEN ................................................55
1
Website:tailieumontoan.com
CHUYÊN ĐỀ 13. ĐỊNH LÝ TA-LÉT TRONG TAM GIÁC
A. KIến thức cần nhớ
- Tỉ số của hai đoạn thẳng: tỉ số của hai đoạn thẳng là tỉ số đô dài của chúng theo cùng một đơn vị đo. - Đoạn thẳng tỉ lệ: Hai đoạn thẳng AB và CD gọi là tỉ lệ với hai đoạn thẳng AB và CD nên có tỉ lệ thức. AB A B AB CD hay
' '
= =
CD C D A B C D
' ' ' ' ' '
- Định lý Ta-let trong tam giác. Nếu một đường thẳng song song với một cạnh của tam giác và cắt hai cạnh còn lại thì nó định ra trên cạnh đó những đoạn thẳng tương ứng tỉ lệ:
Trong hình bên:
ABC A B AC AB AC B B C C
' ' ' ' ' ' '
Δ ⎫⎬⇒ = = =
; ;
B C BC AB AC B C AB AC
' '/ / 'B 'C'
⎭
1. Định lý Ta-lét đảo. Nếu một đường thẳng cắt hai cạnh của một tam giác và định ra trên hai cạnh này những đoạn thẳng tương ứng tỉ lệ thì đường thẳng đó song song với cạnh còn lại của tam giác.
Δ ⎫⎪⎬ ⇒
ABC
Trong hình bên: ' ''C'/ / BC
= ⎪⎭.
AB AC B
B C
'B 'C'
2
Website:tailieumontoan.com
2. Hệ quả của định lý ta-lét. Nếu một đường thẳng cắt hai cạnh của một tam giác và song song với cạnh còn lại thì nó tạo thành một tam giác mới có ba cạnh tương ứng tỉ lệ với ba cạnh của tam giác đả cho.
Evà Fsao cho AE CF
=. Chứng minh rằng nếu đường chéo ACđi qua trung điểm Icủa đoạn thẳng EF BE DF
thìACchia đôi diện tích của tứ giácABCD.
12.10. Cho tam giác ABCvuông cân tại Avà hai đường phân giác BDvà CE. Lấy điểm Ibất kì trên đoạn S
thẳngDE. Chứng minh rằng: 2
S S=
+.
IBC
IAB I
AC
12.11. Cho tam giác ABCvới BC a CA b AB c = = =
, , và ba đường cao ứng với ba cạnh lần lượt có độ dài là
, , a b c h h h. Gọi rlà khoảng cách từ giao điểm của ba đường phân giác của tam giác đến mỗi cạnh của tam giác. Chứng minh rằng 1 1 1 1
+ + = .
a b c h h h r
12.12. Cho tạm giác ABCcó ba đường phân giác AD BE CF , , cùng cắt nhau tại I. Chứng minh rằng 2 2 2
Al BI CI
+ + = 1
⋅ ⋅ ⋅.
AB AC BA BC CA CB
12.13. Hai đường chéo của tứ giác ABCDcắt nhau tại O, chia tứ giác thành bốn tam giác có đỉnh Olà OAB OBC OCD OAD , , , . Biết số đo diện tích của các tam giác này là các số
nguyên. Chứng minh rằng tích các số đo diện tích của các tam giác đó là một số chính phương. Trong hình trên: ' ' ' '
ABC AB AC B C
Δ ⎫⎬⇒ = =
B C BC AB AC BC
' '/ /
⎭
Chú ý: Hệ quả trên vẫn đúng cho trường hợp đường thẳng a song song với một cạnh của tam giác và cắt phần kéo dài của hai cạnh còn lại.
AB AC B C ' ' ' '
= =
AB AC BC
3
Website:tailieumontoan.com
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1: Cho tam giác ABC có trung tuyến AM. Từ một điểm E trên cạnh BC ta kẻ đường thẳng Ex song song với AM và cắt tia CA, BA lần lượt tại F và G.
Chứng minh: EF EG AM + = 2 .
Giải
* Tìm cách giải.
- Để chứng minh EF EG AM + = 2, suy luận thông thường là dựng đoạn thẳng trên tia EF, EG bằng đoạn thẳng AM, rồi biến đổi cộng trừ đoạn thẳng. Chẳng hạn trong ví dụ này, qua A kẻ đường thẳng song song với BC, cắt EF tại I. Dễ dàng nhận thấy EI AM =, do vậy chỉ cần chứng minh GI IF =là xong. Tuy nhiên để chứng minh GI IF =bằng cách ghép vào hai tam giác bằng nhau là khó khan, chính vì vậy chúng ta chứng minh tỉ số bằng nhau có cùng mẫu số. Quan sát kỹ nhận thấy GI và IF có thể đặt trên mẫu số là IE! Từ đó vận dụng định lý và hệ quả Ta-lét để chứng minh FI IG
=là xong.
IE IE
EF EG
- Ngoài cách trên, chúng ta có thể biến đổi kết luận thành tổng tỉ số và chứng minh 2
+ =là xong.
AM AM
Do đó vận dụng định lý Ta-lét và biến đổi linh hoạt tỷ lệ thức là yêu cầu tất yếu trong dạng toán này. * Trình bày lời giải
Cách 1. Giả sử E thuộc đoạn BM.
Qua A kẻ đường thẳng song song với BC cắt EF tại I. Ta có AMEI là hình bình hành, suy ra EI AM = . Áp dụng định lý Ta-lét, xét ΔEFCcó AI // CE.
4
Website:tailieumontoan.com
F
I
G
A
IF FA EM AM EFIE AC MC
/ 1( ) ⇒ = =
Xét ΔGEDcó AI BE AM GE / / , / /
B E MC
IG AG EM ⇒ = = IE AB BM
(2)
Từ(1)và (2), kết hợp với BM MC =
Suy ra IG IF =
Ta có: EF EG EI IF EI IG EI AM + = + + − = = 2 2 Cách 2.
F
I
A
G
Giả sử E thuộc đoạn BM
Theo hệ quả định lí Ta-lét:
EF EC EF AMAM CM
B E MC
Xét ΔEFCcó / / 3( ) ⇒ =
EG BE EG AMAM BM
⇒ =
Xét ΔABMcó / / 4( )
5
Website:tailieumontoan.com
Cộng vế theo vế(3)và (4)ta có:
EF EG EC BE EF EG BC hay
+
+ = + = =
2
AM AM CM BM AM BM Suy ra EF FG AM + = 2.
Ví dụ 2. Cho hình thang ABCD ( / / ) AB CD. Trên tia đối của tia BA lấy điểm E sao cho BE CD =. Gọi giao điểm của AC với DB và DE theo thứ tự là I và K. Chứng minh hệ thức AK AC
=
KC CI
Giải
Tìm cách giải. Nhận thấy rằng chúng ta không thể chứng minh trực tiếp AK AC
=, do vậy nên sử dụng tỉ số
KC CI
trung gian. Khai thác BE CD =và AB CD / /rất tự nhiên chúng ta vận dụng hệ
quả định lý Ta-let.
Trình bày lời giải
A
D
I
B
K
C
E
Đặt AB a = , BE CD b − =. Theo hệ quả định lý Ta-let AK AE a b AE CDKC CD b+
Ta có / / 1( )
⇒ = =
AB CD / / AI AB a
⇒ = =
CI CD b
AI CI a b AC a b
+ + +
⇒ = ⇒ = CI b CI b
Từ(1)và (2)suy ra AK AC
=
KC CI
(2)
Ví dụ 3. Cho tam giác ABCcó A 120 , = ° ADlà đường phân giác. Chứng minh rằng: 1 1 1.
+ =
AB AC AD
Giải
6