Bài 1 · 9.5★★★Trang 50— Chứng minh khoảng cách từ mọi điểm trên một đường thẳng đến đường thẳng song song với nó là như nhau
Bài 9.5 (trang 50). Cho hai đường thẳng song song c và d. Chứng minh rằng khoảng cách từ mọi điểm thuộc c đến đường thẳng d bằng nhau (khoảng cách đó được gọi là khoảng cách giữa hai đường thẳng song song c và d).
Kiến thức cần nhớ
Định lí: Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất.
Điểm nằm trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó (và ngược lại).
Trong hình bình hành, hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau từng đôi một; ngược lại, một tứ giác có một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau thì là hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Đề chỉ cho c∥d và yêu cầu so sánh khoảng cách từ hai điểm \textit{bất kì} M, M′ trên c đến d — dấu hiệu là phải dựng thêm hai đường vuông góc MH, M′H′ rồi chỉ ra một tứ giác đặc biệt chứa chúng. Vì MH⊥d và M′H′⊥d nên MH∥M′H′; kết hợp MM′∥HH′ (do c∥d) ta có ngay một hình bình hành, từ đó suy ra hai cạnh đối bằng nhau. Bẫy là quên chứng minh MH∥M′H′ trước khi dùng tính chất hình bình hành — hai đoạn cùng vuông góc với một đường thẳng thì mới chắc chắn song song với nhau.
1Cách 1. Dùng tứ giác MHH'M' là hình bình hành
Định hướng. Kẻ MH⊥d, M′H′⊥d rồi chỉ ra MHH′M′ là hình bình hành.
Kẻ MH⊥d tại H, M′H′⊥d tại H′ (M,M′∈c; H,H′∈d). MH⊥d và M′H′⊥d nên MH∥M′H′. MM′⊂c, HH′⊂d, mà c∥d nên MM′∥HH′. Tứ giác MHH′M′ có MH∥M′H′ và MM′∥HH′ nên là hình bình hành. Trong hình bình hành, hai cạnh đối bằng nhau nên MH=M′H′.
Vậy khoảng cách từ M đến d bằng khoảng cách từ M′ đến d; vì M, M′ tuỳ ý trên c nên khoảng cách từ mọi điểm thuộc c đến d đều bằng nhau.
2Cách 2. Dùng hai tam giác vuông bằng nhau (cạnh huyền – góc nhọn)
Định hướng. Xét hai tam giác vuông chung cạnh huyền MM′, dùng góc so le trong tạo bởi c∥d để chứng minh chúng bằng nhau.
△MHM′ vuông tại H và △M′H′M vuông tại H′ có cạnh huyền chung MM′. MH⊥d, M′H′⊥d nên MH∥M′H′, do đó HMM′=H′M′M (so le trong, cát tuyến MM′). △MHM′=△M′H′M (cạnh huyền – góc nhọn).
VậyMH=M′H′ (hai cạnh tương ứng), khớp với Cách 1.
Nhận xét. Cách 2 không cần nêu tên hình bình hành, chỉ dùng tam giác bằng nhau đã học.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: gọi thẳng tên hình bình hành rồi trích tính chất hai cạnh đối bằng nhau, ngắn hơn việc chứng minh hai tam giác bằng nhau ở Cách 2.
Đáp số.Khoảng cách từ mọi điểm thuộc c đến d đều bằng nhau (đã chứng minh MH=M′H′ với M, M′ tuỳ ý trên c).
Sai lầm thường gặp.Mặc định MH∥M′H′ mà không nêu lí do — phải chỉ rõ cả hai cùng vuông góc với d thì mới chắc chắn chúng song song với nhau (hai đường thẳng cùng vuông góc với đường thẳng thứ ba thì song song).
🚀 Mở rộng.Đây chính là cơ sở để định nghĩa \textit{khoảng cách giữa hai đường thẳng song song} — một đại lượng không đổi, dùng lại được khi học về hình chữ nhật, hình bình hành sau này.
Bài 2 · 9.6★★★Trang 50— Chứng minh hai điểm cách đều một đường thẳng thì đoạn nối chúng song song với đường thẳng đó
Bài 9.6 (trang 50). Cho hai điểm phân biệt M, M′ ở cùng phía đối với đường thẳng d (M, M′ không thuộc d). Chứng minh rằng nếu M, M′ có cùng khoảng cách đến đường thẳng d thì MM′ song song với d.
Kiến thức cần nhớ
Định lí: Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất.
Điểm nằm trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó (và ngược lại).
Trong hình bình hành, hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau từng đôi một; ngược lại, một tứ giác có một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau thì là hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho MH=M′H′ (cùng khoảng cách đến d) và M, M′ cùng phía — dấu hiệu ngược lại của Bài 9.5: ở đó biết c∥d suy ra khoảng cách bằng nhau, còn ở đây biết khoảng cách bằng nhau phải suy ra song song. Hướng an toàn là dùng đúng dấu hiệu nhận biết hình bình hành: một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau. Bẫy là quên điều kiện \enquote{cùng phía}: nếu M, M′ khác phía thì MH∥M′H′ nhưng MHH′M′ không còn là hình bình hành mà là một hình khác, MM′ sẽ cắt d.
1Cách 1. Dùng dấu hiệu nhận biết hình bình hành
Định hướng. Kẻ MH, M′H′⊥d rồi chỉ ra MHH′M′ có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau.
Kẻ MH⊥d tại H, M′H′⊥d tại H′; MH⊥d và M′H′⊥d nên MH∥M′H′. Theo giả thiết, M, M′ có cùng khoảng cách đến d nên MH=M′H′. Tứ giác MHH′M′ có MH∥M′H′ và MH=M′H′ nên là hình bình hành (dấu hiệu: một cặp cạnh đối song song và bằng nhau).
VậyMM′∥HH′, mà HH′⊂d nên MM′∥d.
2Cách 2. Dùng tính duy nhất của đường thẳng song song cách d một khoảng cho trước
Định hướng. Dùng Tiên đề Euclid: qua M chỉ có đúng một đường thẳng song song với d; chỉ ra M′ cũng nằm trên đường thẳng đó.
Gọi m là đường thẳng đi qua M và song song với d (theo Tiên đề Euclid, đường thẳng này là duy nhất). Mọi điểm trên m đều có cùng khoảng cách đến d (bằng lập luận như Bài 9.5, áp dụng cho m∥d), khoảng cách đó bằng MH. M′ cùng phía với M và có khoảng cách đến d cũng bằng MH; vì trên tia vuông góc H′ chỉ có đúng một điểm cách d đúng MH (ở phía đã cho), điểm đó chính là giao của m với đường vuông góc qua H′, nên M′ nằm trên m.
VậyM, M′ cùng nằm trên m∥d nên MM′≡m song song với d, khớp với Cách 1.
Nhận xét. Cách 2 dùng lại đúng Tiên đề Euclid vừa học ở Bài 10, cho một góc nhìn khác Cách 1.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: dấu hiệu hình bình hành cho lời giải ngắn gọn, trực tiếp một mạch, không cần lập luận về tính duy nhất như Cách 2.
Đáp số.MM′ song song với d (đã chứng minh bằng cả dấu hiệu hình bình hành và Tiên đề Euclid).
Sai lầm thường gặp.Quên giả thiết \enquote{M, M′ cùng phía} — nếu hai điểm khác phía đối với d mà vẫn cách đều d thì MM′ lại cắt d (tại trung điểm HH′), không song song.
🚀 Mở rộng.Đây chính là chiều đảo của Bài 9.5: hai bài ghép lại cho một tính chất hai chiều đầy đủ giữa \enquote{song song} và \enquote{cách đều}.
Bài 3 · 9.7★★★★Trang 50— Chứng minh một tia là phân giác bằng tính chất điểm cách đều hai cạnh của góc
Bài 9.7 (trang 50). Dùng thước hai lề ta có thể dựng cặp đường thẳng song song với khoảng cách h không đổi. Cho góc xOy. Dùng thước hai lề dựng cặp đường thẳng song song gồm đường thẳng chứa tia Ox và đường thẳng x′ (sao cho x′ cắt Oy), rồi dùng thước hai lề đó, dựng cặp đường thẳng song song gồm đường thẳng chứa tia Oy và đường thẳng y′ (sao cho y′ cắt Ox). Hai đường thẳng x′ và y′ cắt nhau tại P. Chứng minh rằng tia OP là tia phân giác của góc xOy.
Kiến thức cần nhớ
Định lí: Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất.
Điểm nằm trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó (và ngược lại).
Trong hình bình hành, hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau từng đôi một; ngược lại, một tứ giác có một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau thì là hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Đề mô tả một thao tác dựng hình bằng thước hai lề — dấu hiệu cốt lõi là \enquote{khoảng cách h không đổi}, nghĩa là mọi điểm trên x′ cách đều tia Ox đúng h, và mọi điểm trên y′ cách đều tia Oy đúng h. Vì P là giao của x′ và y′ nên P vừa cách Ox đúng h, vừa cách Oy đúng h — tức P cách đều hai cạnh của góc, đây chính là dấu hiệu để dùng tính chất tia phân giác. Bẫy là quên chứng minh P nằm \textit{trong} góc xOy (do x′ cắt Oy và y′ cắt Ox theo đúng cách dựng) trước khi áp dụng tính chất — tính chất chỉ đúng cho điểm nằm trong góc.
1Cách 1. Áp dụng trực tiếp tính chất điểm cách đều hai cạnh của góc
Định hướng. Chỉ ra P cách đều Ox, Oy rồi trích thẳng tính chất đã học.
P∈x′, mà x′∥Ox với khoảng cách không đổi h nên khoảng cách từ P đến Ox bằng h. P∈y′, mà y′∥Oy với khoảng cách không đổi h nên khoảng cách từ P đến Oy cũng bằng h. P nằm trong góc xOy (do cách dựng x′ cắt Oy, y′ cắt Ox) và cách đều hai cạnh Ox, Oy của góc.
Vậy theo tính chất, P nằm trên tia phân giác của góc xOy, tức tia OP là tia phân giác của góc xOy.
2Cách 2. Dùng hai tam giác vuông bằng nhau (cạnh huyền – cạnh góc vuông)
Định hướng. Tự chứng minh lại tính chất bằng cách kẻ hai đường vuông góc từ P xuống hai cạnh của góc.
Kẻ PA⊥Ox tại A, PB⊥Oy tại B; theo lập luận trên PA=PB=h. △OAP vuông tại A và △OBP vuông tại B có cạnh huyền OP chung, PA=PB. △OAP=△OBP (cạnh huyền – cạnh góc vuông) nên AOP=BOP.
VậyxOP=yOP, tức tia OP là tia phân giác của góc xOy, khớp với Cách 1.
Nhận xét. Cách 2 tự chứng minh lại từ đầu, không cần thuộc lòng tính chất như Cách 1.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1 nếu tính chất \enquote{cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên phân giác} đã được công nhận; nếu đề yêu cầu chứng minh chặt từ đầu thì dùng Cách 2.
Đáp số.Tia OP là tia phân giác của góc xOy (vì P cách đều Ox, Oy một khoảng h không đổi).
Sai lầm thường gặp.Quên khẳng định P nằm trong góc xOy trước khi dùng tính chất tia phân giác — thiếu ý này bài chứng minh không chặt chẽ dù kết luận vẫn đúng.
🚀 Mở rộng.Đây là nguyên lí chế tạo dụng cụ \enquote{thước phân giác} bằng thước hai lề trong thực tế: chỉ cần một thước có hai lề song song cách đều là dựng được tia phân giác của bất kì góc nào mà không cần đo góc.
Bài 4 · 9.8★★★Trang 50— Chứng minh hai khoảng cách bằng nhau trong tam giác cân bằng tam giác vuông bằng nhau hoặc diện tích
Bài 9.8 (trang 50). Cho tam giác cân ABC, AB=AC. Chứng minh rằng khoảng cách từ B đến đường thẳng AC bằng khoảng cách từ C đến đường thẳng AB.
Kiến thức cần nhớ
Định lí: Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất.
Điểm nằm trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó (và ngược lại).
Trong hình bình hành, hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau từng đôi một; ngược lại, một tứ giác có một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau thì là hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho tam giác cân AB=AC và hỏi về hai khoảng cách \enquote{chéo} (từ B đến AC, từ C đến AB) — dấu hiệu là dựng hai đường vuông góc BH, CK rồi tìm hai tam giác vuông có chung góc A và cạnh bằng nhau AB=AC. Hướng tự nhiên nhất là ghép hai tam giác vuông ABH và ACK bằng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn (chung góc A, cạnh huyền AB=AC). Bẫy là nhầm lẫn khoảng cách từ B đến AC với đoạn BC — phải đúng là đoạn vuông góc BH, không phải cạnh đáy.
1Cách 1. Dùng hai tam giác vuông bằng nhau (cạnh huyền – góc nhọn)
Định hướng. Kẻ BH⊥AC, CK⊥AB rồi ghép hai tam giác vuông chung góc A.
Kẻ BH⊥AC tại H, CK⊥AB tại K. △ABH vuông tại H và △ACK vuông tại K có A chung, AB=AC (giả thiết). △ABH=△ACK (cạnh huyền – góc nhọn).
VậyBH=CK (hai cạnh tương ứng), tức khoảng cách từ B đến AC bằng khoảng cách từ C đến AB.
2Cách 2. Dùng diện tích tam giác
Định hướng. Tính diện tích △ABC theo hai cách, mỗi cách ứng với một chiều cao khác nhau.
BH⊥AC nên BH là chiều cao ứng với cạnh AC: SABC=21⋅AC⋅BH. CK⊥AB nên CK là chiều cao ứng với cạnh AB: SABC=21⋅AB⋅CK. Hai biểu thức cùng bằng SABC nên 21⋅AC⋅BH=21⋅AB⋅CK; vì AB=AC nên BH=CK.
VậyBH=CK, khớp với Cách 1.
Nhận xét. Cách 2 không cần xét tam giác bằng nhau, chỉ cần công thức diện tích đã học.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ một dòng ghép tam giác bằng nhau, ngắn và trực quan hơn việc lập hai biểu thức diện tích ở Cách 2.
Đáp số.Khoảng cách từ B đến AC bằng khoảng cách từ C đến AB (cùng bằng BH=CK).
Sai lầm thường gặp.Nhầm \enquote{khoảng cách từ B đến AC} với độ dài cạnh BC — phải dựng đúng đoạn vuông góc BH (H trên đường thẳng AC), không phải cạnh đáy của tam giác.
🚀 Mở rộng.Kết quả này chính là nền tảng cho Bài 9.9: tổng hai khoảng cách từ một điểm M bất kì trên BC đến AB, AC luôn bằng giá trị không đổi BH=CK này.
Bài 5 · 9.9★★★★Trang 50— Chứng minh tổng hai khoảng cách từ một điểm di động không đổi bằng phương pháp diện tích
Bài 9.9 (trang 50). Cho tam giác cân ABC (AB=AC) và một điểm M tuỳ ý thuộc đoạn thẳng BC. Chứng minh rằng tổng khoảng cách từ điểm M đến hai đường thẳng AB, AC là một số không đổi.
Kiến thức cần nhớ
Định lí: Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài một đường thẳng đến đường thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất.
Điểm nằm trong một góc và cách đều hai cạnh của góc thì nằm trên tia phân giác của góc đó (và ngược lại).
Trong hình bình hành, hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau từng đôi một; ngược lại, một tứ giác có một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau thì là hình bình hành.
Diện tích tam giác lớn bằng tổng diện tích các tam giác con khi bị chia bởi một đoạn thẳng từ đỉnh đến một điểm trên cạnh đối diện.
🧠 Phân tích tư duy
Đề yêu cầu chứng minh một tổng \textit{không đổi} khi M di chuyển trên BC — dấu hiệu của dạng toán bất biến, và công cụ mạnh nhất cho dạng này ở lớp 7 là tách diện tích: SABM+SACM=SABC (vì M nằm trên BC nên AM chia △ABC thành hai tam giác con). Vì AB=AC, khi viết diện tích hai tam giác con theo hai chiều cao cần tìm, ta đưa được hệ thức về đúng dạng tổng hai khoảng cách cần chứng minh. Bẫy là quên mất AB=AC khi rút gọn — nếu tam giác không cân thì tổng này không còn là hằng số.
1Cách 1. Dùng diện tích (đúng chương trình lớp 7)
Định hướng. Tách SABC=SABM+SACM rồi biểu diễn từng diện tích theo chiều cao từ M.
Kẻ MH⊥AB tại H, MK⊥AC tại K. M nằm trên BC nên SABM+SACM=SABC. SABM=21⋅AB⋅MH; SACM=21⋅AC⋅MK. 21⋅AB⋅MH+21⋅AC⋅MK=SABC; vì AB=AC nên 21⋅AB⋅(MH+MK)=SABC. MH+MK=AB2⋅SABC.
VậyMH+MK=AB2⋅SABC, một giá trị không đổi (không phụ thuộc vị trí M trên BC); giá trị này đúng bằng khoảng cách BH0=CK0 đã tìm ở Bài 9.8.
2Cách 2 (tham khảo nâng cao — dùng toạ độ, học ở lớp 8). Đại số hoá bằng hệ trục toạ độ
Định hướng. Đặt toạ độ để tính trực tiếp MH, MK theo vị trí của M, kiểm chứng lại kết quả của Cách 1 bằng công cụ khác.
Đặt B(0;0), C(a;0), A(2a;h) (do tam giác cân tại A), M(m;0) với 0≤m≤a. Đường thẳng AB có phương trình h⋅x−2a⋅y=0; khoảng cách từ M đến AB là MH=ABh⋅m (với AB=h2+(a/2)2). Tương tự (đối xứng qua trục thẳng đứng qua A), khoảng cách từ M đến AC là MK=ABh⋅(a−m). MH+MK=ABh⋅m+h⋅(a−m)=ABh⋅a, không phụ thuộc m.
VậyMH+MK=ABh⋅a không đổi, khớp với kết quả AB2SABC của Cách 1 (vì SABC=21ah).
Nhận xét. Cách này vượt chương trình lớp 7 (toạ độ học ở lớp 8) nên chỉ dùng để kiểm chứng, không thay thế Cách 1 khi trình bày bài làm.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1 (diện tích) — đây là cách duy nhất đúng chương trình lớp 7, trình bày đúng bốn dòng như trên là đủ trọn vẹn.
Đáp số.MH+MK=AB2⋅SABC, một số không đổi, đúng bằng khoảng cách từ B đến AC (hay từ C đến AB) đã chứng minh ở Bài 9.8.
Sai lầm thường gặp.Quên nhân tử 21 khi viết diện tích tam giác theo cạnh và chiều cao, dẫn đến kết quả sai gấp đôi giá trị đúng.
🚀 Mở rộng.Đây là trường hợp riêng (tam giác cân) của một kết quả tổng quát hơn: với tam giác đều, tổng khoảng cách từ một điểm bất kì \textit{bên trong} tam giác đến cả ba cạnh luôn không đổi (định lí Viviani).