Chương III. Hệ thức lượng trong tam giác

Bài 5. Giá trị lượng giác của một góc từ 0° đến 180°

SGK Toán 10 — Kết nối tri thức, tập 1 · 9 bài tập, mỗi câu ít nhất 2 cách giải.

Mở bài học này trong app ↗
Bài 1 · HĐ1Trang 34Nhận biết vị trí điểm M trên nửa đường tròn đơn vị theo độ lớn của góc α
HĐ1 (trang 34). a) Nêu nhận xét về vị trí của điểm M trên nửa đường tròn đơn vị trong mỗi trường hợp sau:
;
;
.
b) Khi , nêu mối quan hệ giữa , với hoành độ và tung độ của điểm M.
OABCxyMM′αgóc nhọnα′góc tù
Kiến thức cần nhớ
  • Nửa đường tròn đơn vị là nửa đường tròn tâm O bán kính R = 1 nằm phía trên trục hoành; với mỗi góc α (0° ≤ α ≤ 180°) có duy nhất điểm M(x0;y0) trên nửa đường tròn đơn vị sao cho .
  • Ở lớp 9, với góc nhọn α trong tam giác vuông: bằng tỉ số cạnh kề chia cạnh huyền, bằng tỉ số cạnh đối chia cạnh huyền.
🧠 Phân tích tư duy
Ba trường hợp , , chỉ khác nhau ở DẤU của hoành độ điểm , nên câu a) thực chất hỏi hoành độ dương, âm hay bằng . Câu b) là chỗ nối kiến thức lớp 9 với định nghĩa mới: với góc nhọn thì tỉ số lượng giác trong tam giác vuông đúng bằng toạ độ của vì bán kính đơn vị bằng . Bẫy là quên tung độ của LUÔN không âm, do chỉ chạy trên NỬA đường tròn phía trên trục hoành.
1Cách 1. Xét vị trí điểm M theo hình học và dùng tam giác vuông OMH để so sánh với tỉ số lượng giác góc nhọn.

Định hướng. So sánh với để xác định M nằm bên nào của trục , sau đó dựng tam giác vuông ( là hình chiếu của lên ) khi nhọn để nêu quan hệ giữa , với toạ độ của .

a) Khi thì , điểm nằm trên trục , tức .
Khi , điểm nằm ở nửa bên phải trục (hoành độ dương).
Khi , điểm nằm ở nửa bên trái trục (hoành độ âm).
b) Khi , gọi là hình chiếu vuông góc của lên trục . Tam giác vuông tại có cạnh huyền và góc nhọn .
Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn: ; .

Vậy khi thì ; khi thì có hoành độ dương; khi thì có hoành độ âm; với thì , .

2Cách 2. Kiểm chứng trực tiếp bằng các góc đặc biệt ở Bảng 3.1.

Định hướng. Thay các giá trị góc đặc biệt đã cho ở Bảng 3.1 (trang 34) để kiểm tra dấu của hoành độ và đối chiếu quan hệ giữa , với toạ độ M, so sánh với nhận xét tổng quát ở cách 1.

Với : theo Bảng 3.1, , nên hoành độ của dương, khớp với nhận xét thì ở bên phải trục .
Với : , nên nằm đúng trên trục , tức .
Với : theo Bảng 3.1, , nên hoành độ của âm, khớp với nhận xét thì ở bên trái trục (ở đây trùng điểm ).
b) Với (góc nhọn), theo Bảng 3.1: , ; đây cũng đúng là hoành độ và tung độ của điểm ứng với góc .

Vậy các trường hợp thử với , , đều khớp với nhận xét tổng quát ở cách 1: dấu hoành độ của đổi tại , và với góc nhọn thì , chính là hoành độ, tung độ của .

Nhận xét. Kết quả của HĐ1 là cơ sở để mở rộng định nghĩa giá trị lượng giác cho góc bất kì từ đến : , được định nghĩa đúng bằng hoành độ, tung độ của điểm , không chỉ dùng được cho góc nhọn như ở lớp 9.

3Cách 3. Dùng toạ độ của và dấu của hoành độ

Định hướng. Điểm nằm trên nửa đường tròn đơn vị nên ; ba vị trí của ứng với ba khả năng về dấu của .

Khi : tia vuông góc với nên , kết hợp được , tức nằm trên trục
Khi : tia nằm trong góc phần tư thứ nhất nên , điểm ở bên phải trục
Khi : tia nằm trong góc phần tư thứ hai nên , điểm ở bên trái trục
Khi : gọi là hình chiếu của trên , tam giác vuông tại với
Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn:

Vậy a) với thì nằm trên trục ; với thì ở bên phải trục ; với thì ở bên trái trục . b) với thì .

Nhận xét. Bán kính bằng chính là lí do tỉ số lượng giác TRÙNG với toạ độ — nhờ đó định nghĩa mới mở rộng được cho cả góc tù mà vẫn khớp với lớp 9.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3: quy mọi thứ về dấu của hoành độ thì trả lời được cả ba trường hợp bằng một tiêu chí duy nhất, không phải mô tả hình từng lần.
Đáp số. a) : trên trục ; : ở bên phải trục ; : ở bên trái trục . b) Với : , .
Sai lầm thường gặp. Cho rằng vị trí điểm M chỉ đổi bên trục Oy khi α vượt qua 180° thay vì 90°, dẫn đến xác định sai dấu hoành độ khi α tù.
🚀 Mở rộng. luôn nằm trên nửa đường tròn phía trên nên với mọi từ đến — đó là lí do trên toàn khoảng này, còn thì đổi dấu tại .
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 34
Bài 2 · Luyện tập 1Trang 35Tìm giá trị lượng giác của một góc tù đặc biệt bằng nửa đường tròn đơn vị
Luyện tập 1 (trang 35). Tìm các giá trị lượng giác của góc (H.3.4).
OABxyMN60°120°
Kiến thức cần nhớ
  • Với M là điểm trên nửa đường tròn đơn vị ứng với : , , (), ().
  • (); ().
🧠 Phân tích tư duy
Góc là góc TÙ nên điểm nằm bên trái trục , kéo theo hoành độ âm và — biết dấu trước khi tính là đã tránh được nửa số lỗi. Vì là góc có sẵn trong bảng giá trị đặc biệt nên chỉ cần lấy giá trị của rồi gắn dấu cho đúng. Bẫy là để hoặc , tức quên dấu âm của hoành độ.
1Cách 1. Dựng hai tam giác vuông MON, MOP như Ví dụ 1 để tìm trực tiếp cả bốn giá trị.

Định hướng. Gọi , lần lượt là hình chiếu vuông góc của lên , ; dùng góc để tính các góc nhọn của hai tam giác vuông , rồi suy ra toạ độ của và cả bốn giá trị lượng giác theo đúng định nghĩa.

Gọi là điểm trên nửa đường tròn đơn vị sao cho ; gọi , tương ứng là hình chiếu vuông góc của lên , .
nên .
Tam giác vuông tại , cạnh huyền : ; .
nằm bên trái trục (do ) nên có toạ độ .
Theo định nghĩa: ; ; ; .

Vậy ; ; ; .

2Cách 2. Chỉ dựng một tam giác vuông để tìm sin, cos rồi suy ra tan, cot bằng công thức tỉ số.

Định hướng. Chỉ cần tam giác vuông để tính toạ độ của , từ đó có , ; sau đó dùng công thức , (đã nêu ở mục 1) để suy ra , mà không cần dựng thêm tam giác .

Gọi là hình chiếu vuông góc của lên ; vì nên , tam giác vuông tại với cạnh huyền .
, ; vì ở bên trái trục nên , suy ra , .
.
.

Vậy kết quả khớp cách 1: , , , .

Nhận xét. Kết quả trùng khớp với cột ở Bảng 3.2 (trang 36), vì là hai góc bù nhau.

3Cách 3. Dùng hệ thức hai góc bù nhau để quy về góc

Định hướng. Viết ; hai điểm ứng với hai góc bù nhau đối xứng qua trục nên tung độ giữ nguyên còn hoành độ đổi dấu, từ đó suy hết bốn giá trị lượng giác từ bảng góc .


Điểm ứng với đối xứng với điểm ứng với qua trục nên có cùng tung độ và hoành độ đối nhau




Kiểm tra bằng hệ thức cơ bản:

Vậy ; ; ; .

Nhận xét. Cách này dùng hệ thức hai góc bù nhau ở mục sau của bài học, nhưng chính nó là công cụ nhanh nhất cho mọi góc tù đặc biệt.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3: đưa mọi góc tù về góc bù nhọn rồi tra bảng và gắn dấu — chỉ cần nhớ đúng một câu “sin giữ nguyên, ba giá trị còn lại đổi dấu”.
Đáp số. ; ; ; .
Sai lầm thường gặp. Quên đổi dấu hoành độ khi góc tù (viết nhầm thay vì ) vì chỉ nhớ tỉ số của góc phụ mà bỏ qua vị trí của M ở bên trái trục Oy.
🚀 Mở rộng. Cũng cách ấy cho các góc tù đặc biệt khác: , ; , .
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 35
Bài 3 · HĐ2★★Trang 36Khám phá quan hệ giữa các giá trị lượng giác của hai góc bù nhau
HĐ2 (trang 36). Nêu nhận xét về vị trí của hai điểm , đối với trục (H.3.5). Từ đó, nêu các mối quan hệ giữa , giữa .
OABxyMM′y0α180°−α
Kiến thức cần nhớ
  • M ứng với góc α, M' ứng với góc trên cùng nửa đường tròn đơn vị (, ).
  • (); ().
🧠 Phân tích tư duy
Hai góc có tổng bằng nên hai tia , đối xứng nhau qua trục — đây là chìa khoá của toàn bộ mục này. Đối xứng qua giữ nguyên tung độ và đổi dấu hoành độ, mà tung độ là còn hoành độ là , nên hai hệ thức hiện ra ngay. Bẫy là suy ra mà quên điều kiện xác định: đòi , còn đòi khác .
1Cách 1. Dùng tính đối xứng của M, M' qua trục Oy.

Định hướng. Chỉ ra M, M' đối xứng nhau qua trục nên có cùng tung độ và hoành độ đối nhau, từ đó suy ra quan hệ giữa sin, cos của hai góc bù nhau rồi dùng công thức tỉ số để suy tiếp tan, cot.

nên hai bán kính , đối xứng nhau qua trục , do đó hai điểm , cũng đối xứng nhau qua trục .
Nếu thì (cùng tung độ, hoành độ đối nhau).
Theo định nghĩa: là tung độ của , bằng .
là hoành độ của , bằng .
Với : .
Với : .

Vậy ; ; (); ().

2Cách 2. Kiểm chứng bằng các cặp góc bù nhau đặc biệt ở Bảng 3.1, 3.2.

Định hướng. Thay các cặp góc bù nhau đã có sẵn giá trị ở Bảng 3.1 (trang 34) để kiểm tra trực tiếp các quan hệ vừa nêu ở cách 1, trước khi phát biểu thành hệ thức tổng quát.

Cặp góc bù nhau : theo Bảng 3.1, ; theo Luyện tập 1, , bằng đúng .
Về côsin: trong khi , đối nhau.
Cặp góc bù nhau : (bằng nhau); , (đối nhau).
Cả hai cặp góc thử đều cho bằng nhau và đối nhau giữa .

Vậy các trường hợp thử đều khớp với kết luận ở cách 1: hai góc bù nhau có sin bằng nhau, côsin đối nhau.

Nhận xét. Hai điểm , trùng nhau khi (vì ), lúc đó cả hai vế của mọi hệ thức trên đều bằng nhau một cách hiển nhiên.

3Cách 3. Viết toạ độ hai điểm rồi áp dụng thẳng định nghĩa

Định hướng. Gọi là điểm ứng với ; xác định toạ độ của ứng với rồi thay vào định nghĩa bốn giá trị lượng giác.

ứng với có toạ độ với ,
Hai góc có tổng bằng nên hai tia đối xứng nhau qua trục , do đó
Theo định nghĩa:

với
với

Vậy hai điểm , đối xứng nhau qua trục ; do đó , , (khi ) và (khi ).

Nhận xét. Viết hẳn toạ độ khiến điều kiện xác định của , lộ ra ngay: mẫu không được bằng .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3: một dòng toạ độ cho trọn bốn hệ thức kèm điều kiện, chặt chẽ hơn hẳn việc chỉ mô tả bằng lời rằng hai điểm đối xứng nhau.
Đáp số. ; ; (); ().
Sai lầm thường gặp. Cho rằng hai góc bù nhau có tất cả bốn giá trị lượng giác đều bằng nhau (kể cả côsin, tang, côtang) mà quên chỉ có sin là bằng nhau, còn ba giá trị còn lại đối nhau.
🚀 Mở rộng. Nhóm hệ thức này giải thích vì sao trong tam giác luôn có — vì là hai góc bù nhau.
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 36
Bài 4 · Luyện tập 2★★★Trang 36Chứng minh hai tam giác bằng nhau để suy ra quan hệ giữa các giá trị lượng giác của hai góc phụ nhau
Luyện tập 2 (trang 36). Trong Hình 3.6, hai điểm , ứng với hai góc phụ nhau (, ). Chứng minh rằng . Từ đó nêu mối quan hệ giữa .
OxyMNPQα90°−α
Kiến thức cần nhớ
  • P là hình chiếu vuông góc của M lên Ox, Q là hình chiếu vuông góc của N lên Oy; OM = ON = 1 (bán kính nửa đường tròn đơn vị).
  • Trường hợp bằng nhau của tam giác vuông: hai tam giác vuông có cạnh huyền và một góc nhọn bằng nhau thì bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Hai góc có tổng bằng nên hai tia , đối xứng nhau qua đường phân giác của góc phần tư thứ nhất — đó là lí do hai tam giác vuông trong hình bằng nhau. Cả hai tam giác đều có cạnh huyền bằng bán kính nên trường hợp bằng nhau cạnh huyền – góc nhọn là tự nhiên nhất. Bẫy là kết luận , tức nhầm hai góc PHỤ nhau với hai góc BÙ nhau.
1Cách 1. Chứng minh bằng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn.

Định hướng. Chỉ ra hai tam giác vuông , có cạnh huyền bằng nhau (đều bằng bán kính 1) và có một góc nhọn bằng nhau tại đỉnh , từ đó áp dụng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn.

Tam giác vuông tại (vì là hình chiếu vuông góc của lên ), có và cạnh huyền .
Tam giác vuông tại (vì là hình chiếu vuông góc của lên ); vì nên góc giữa , và cạnh huyền .
Hai tam giác vuông , có cạnh huyền bằng nhau () và một góc nhọn bằng nhau (), nên (cạnh huyền – góc nhọn).
Suy ra (hai cạnh tương ứng).
Theo định nghĩa: là hoành độ của nên ; là tung độ của nên .

Vậy , từ đó .

2Cách 2. Suy ra hệ thức trực tiếp từ tính chất hai góc nhọn phụ nhau trong tam giác vuông OMP.

Định hướng. Không cần dựng thêm tam giác : chỉ xét ngay tam giác vuông , dùng tính chất đã học ở lớp 9 rằng hai góc nhọn của một tam giác vuông phụ nhau thì sin góc này bằng côsin góc kia.

Tam giác vuông tại , có hai góc nhọn (vì tổng ba góc của tam giác bằng ).
Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn (lớp 9) áp dụng cho góc trong chính tam giác này: (vì , và là cạnh đối của góc ).
Mặt khác, theo định nghĩa giá trị lượng giác, (hoành độ của ).
So sánh hai kết quả: cả đều bằng .

Vậy , khớp với kết luận rút ra từ ở cách 1.

Nhận xét. Chứng minh bằng tam giác bằng nhau ở cách 1 có ưu điểm là cho luôn cả cặp hệ thức thứ hai , tức , trong khi cách 2 chỉ cho trực tiếp đúng một hệ thức được hỏi.

3Cách 3. Dùng toạ độ và phép đối xứng qua đường phân giác góc phần tư thứ nhất

Định hướng. Hai tia , tạo với đường phân giác của góc hai góc bằng nhau nên đối xứng nhau qua phân giác đó; phép đối xứng này đổi chỗ hoành độ với tung độ, cho ngay hệ thức cần tìm.

Đường phân giác của góc phần tư thứ nhất tạo với góc
Tia tạo với phân giác góc ; tia tạo với phân giác góc
Hai góc đó bằng nhau và hai tia nằm hai bên phân giác nên , đối xứng nhau qua phân giác
Phép đối xứng qua phân giác đổi điểm thành điểm ; mà nên
Mặt khác ứng với góc nên
Đồng nhất hai cách viết toạ độ của được
Phép đối xứng bảo toàn khoảng cách nên , do đó

Vậy và từ đó .

Nhận xét. Đối xứng qua trục cho hệ thức hai góc BÙ nhau, còn đối xứng qua đường phân giác cho hệ thức hai góc PHỤ nhau — hai phép đối xứng, hai nhóm công thức.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: chứng minh theo trường hợp cạnh huyền – góc nhọn rồi suy hai cạnh tương ứng bằng nhau, đó là lời giải đúng chuẩn hình học mà đề mong đợi.
Đáp số. (cạnh huyền – góc nhọn); suy ra .
Sai lầm thường gặp. Chỉ so sánh hai tam giác có cùng cạnh huyền mà quên chỉ ra góc nhọn tương ứng bằng nhau, dẫn đến kết luận hai tam giác bằng nhau thiếu căn cứ.
🚀 Mở rộng. Kết hợp hai nhóm công thức: — quy góc lớn hơn về góc nhọn chỉ bằng hai bước.
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 36
Bài 5 · Vận dụng★★★Trang 37Vận dụng giá trị lượng giác của góc tù để giải bài toán chuyển động tròn đều
Vận dụng (trang 37). Một chiếc đu quay có bán kính m, tâm của vòng quay ở độ cao m (H.3.7), thời gian thực hiện mỗi vòng quay của đu quay là phút. Nếu một người vào cabin tại vị trí thấp nhất của vòng quay, thì sau phút quay, người đó ở độ cao bao nhiêu mét?
OxyMA75 m37,5 m150°240°
Kiến thức cần nhớ
  • Đặt hệ trục toạ độ Oxy với gốc O là tâm vòng quay: vị trí thấp nhất ứng với góc (điểm ).
  • Với điểm M trên đường tròn bán kính R hợp với tia Ox một góc α, tung độ của M là .
🧠 Phân tích tư duy
Đu quay chuyển động đều nên góc quay TỈ LỆ với thời gian: phút ứng với nên mỗi phút quay được , sau phút quay được . Vì chương trình lớp 10 tập 1 mới chỉ định nghĩa giá trị lượng giác cho góc từ đến nên phải khéo léo quy về một góc trong khoảng đó. Bẫy là quên cộng độ cao tâm quay m, chỉ tính phần bán kính rồi trả lời m.
1Cách 1. Đặt hệ trục toạ độ tại tâm quay rồi tra Bảng 3.2.

Định hướng. Tính góc mà bán kính hợp với tia sau khi quay phút, rồi dùng giá trị của góc đó (tra ở Bảng 3.2) để tính độ cao của cabin so với tâm quay.

Tốc độ quay của đu quay là mỗi phút.
Sau phút, đu quay quay được một góc .
Vị trí thấp nhất ban đầu của cabin ứng với tia hợp với tia một góc .
Sau khi quay thêm , tia hợp với tia một góc .
Theo Bảng 3.2, .
Tung độ của cabin so với tâm quay là (m).
Độ cao của cabin so với mặt đất là (m).

Vậy sau phút quay, người đó ở độ cao m.

2Cách 2. Dùng tam giác vuông và hệ thức góc bù nhau để tính sin150° từ góc 30°.

Định hướng. Thay vì tra bảng trực tiếp, tính qua góc bù bằng hệ thức (mục 2), rồi dùng tam giác vuông tạo bởi bán kính và hình chiếu của cabin trên trục để suy ra độ cao.

Góc mà bán kính hợp với tia sau khi quay là (tính như cách 1).
nên theo hệ thức góc bù nhau, .
Gọi là hình chiếu vuông góc của vị trí cabin trên trục ; tam giác vuông tạo bởi tâm quay, cabin và có cạnh huyền bằng bán kính m và góc nhọn kề cạnh huyền bằng (góc giữa bán kính và tia đối của ).
Khoảng cách từ cabin đến trục (m), trùng với ở cách 1.
Độ cao của cabin so với mặt đất là (m).

Vậy kết quả khớp cách 1: người đó ở độ cao m.

Nhận xét. Vì đu quay quay đều nên độ cao của cabin chỉ phụ thuộc vào góc quay được tính theo mốc vị trí thấp nhất ban đầu, không phụ thuộc chiều quay.

3Cách 3. Dùng tính đối xứng — vị trí sau 20 phút cùng độ cao với vị trí sau 10 phút

Định hướng. Hai vị trí ứng với góc quay tính từ điểm thấp nhất thì đối xứng nhau qua trục đứng của vòng quay nên CÙNG độ cao; nhờ vậy chỉ cần tính với góc nằm trong khoảng đã học.

Mỗi vòng quay hết phút ứng với nên tốc độ quay là mỗi phút
Sau phút, cabin quay được tính từ vị trí thấp nhất
Sau phút, cabin quay được tính từ vị trí thấp nhất
Hai góc có tổng bằng nên hai vị trí đối xứng nhau qua trục đứng đi qua tâm, do đó cùng độ cao
Với góc quay , độ cao của cabin so với TÂM vòng quay là (m)
Độ cao so với mặt đất là (m)

Vậy sau phút quay, người đó ở độ cao m so với mặt đất.

Nhận xét. Quy góc về nhờ đối xứng là mẹo bắt buộc ở lớp 10 tập 1, vì giá trị lượng giác mới chỉ được định nghĩa tới .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: đặt hệ trục tại tâm vòng quay rồi tính tung độ bằng m và cộng m — lời giải này bám sát bảng giá trị đặc biệt nên ít phải lập luận.
Đáp số. Sau phút quay, người đó ở độ cao m.
Sai lầm thường gặp. Quên vị trí ban đầu của cabin ứng với góc (không phải ), rồi dùng luôn góc quay để tính , dẫn đến kết quả sai vì .
🚀 Mở rộng. Cùng công thức ấy cho mọi thời điểm: sau phút (với ) độ cao là mét; chẳng hạn cho m, đúng là vị trí cao nhất của vòng quay.
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 37
Bài 6 · 3.1Trang 37Tính giá trị biểu thức lượng giác bằng bảng giá trị đặc biệt
3.1 (trang 37). Không dùng máy tính cầm tay, tính giá trị của các biểu thức sau:
a) ;
b) ;
c) .
Chú ý. , , , .
Kiến thức cần nhớ
  • Bảng 3.1: , , , , , .
  • Bảng 3.2: , , , .
🧠 Phân tích tư duy
Cả ba biểu thức đều chỉ chứa các góc đặc biệt , , , , , , , nên về nguyên tắc chỉ cần tra bảng rồi tính. Nhưng câu c) có nên biểu thức thu về , dùng hệ thức cơ bản là ra ngay mà không phải tính căn. Bẫy là dấu của các góc tù: , , , đều ÂM, để sót một dấu là sai cả câu.
1Cách 1. Thay trực tiếp giá trị đặc biệt vào từng biểu thức rồi rút gọn.

Định hướng. Tra đúng giá trị lượng giác của mỗi góc đặc biệt ở Bảng 3.1, 3.2 rồi thay vào biểu thức, thực hiện phép tính theo đúng thứ tự.

a) .
.
Tích hai thừa số: .
b) .
.
c) .

Vậy a) ; b) ; c) .

2Cách 2. Dùng quan hệ hai góc bù nhau để rút gọn trước khi tra bảng góc nhọn.

Định hướng. Với các góc tù (, , ), đưa về góc nhọn bù với nó (, , ) bằng hệ thức góc bù nhau rồi mới thay số, để chỉ cần nhớ Bảng 3.1.

a) ; .
Thay vào: , giống cách 1.
.
b) , ; thay vào: .
c) Không có góc tù nên giữ nguyên: .

Vậy cả ba kết quả trùng khớp với cách 1: a) ; b) ; c) .

Nhận xét. Cách 2 chỉ cần thuộc Bảng 3.1 (các góc từ đến ) và hệ thức góc bù nhau, không cần nhớ thêm Bảng 3.2.

3Cách 3. Dùng các hệ thức lượng giác cơ bản để tính thay cho việc tra bảng

Định hướng. Thay vì nhớ từng ô trong bảng, hãy suy các giá trị bình phương từ hệ thức , , , rồi gắn dấu theo vị trí của góc.

nên là góc nhọn
nên , mà tù nên ; từ được
nên , do đó
nên ; ; ; ;
a)
Nhân hai kết quả:
b)
c) Vì nên biểu thức thành

Vậy a) ; b) ; c) .

Nhận xét. Câu c) là ví dụ đẹp: nhận ra thì đáp số hiện ra ngay mà không cần tính một căn thức nào.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 2: quy hết các góc tù về góc nhọn bù với nó rồi mới tra bảng — làm thế thì mọi dấu âm đều được xử lí ở cùng một bước, khó sót nhất.
Đáp số. a) ; b) ; c) .
Sai lầm thường gặp. Nhầm , mang dấu dương vì chỉ nhớ giá trị của góc nhọn bù với nó mà quên đổi dấu do góc đã cho là góc tù.
🚀 Mở rộng. Câu c) tổng quát thành hằng đẳng thức đúng với MỌI , chứ không riêng .
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 37
Bài 7 · 3.2★★Trang 37Rút gọn biểu thức lượng giác bằng hệ thức góc bù nhau
3.2 (trang 37). Đơn giản các biểu thức sau:
a) ;
b) , với .
Kiến thức cần nhớ
  • Hai góc bù nhau: ; ; ; .
  • (với ); .
🧠 Phân tích tư duy
Ở câu a), các cặp với với đều có tổng bằng — nhận ra hai cặp bù nhau này là xong nửa bài. Ở câu b), mọi hạng tử đều xoay quanh một góc nên hướng an toàn nhất là quy hết về rồi rút gọn như một phân thức. Bẫy là nhớ nhầm , khi ấy hai hạng tử của câu b) sẽ cộng thay vì trừ.
1Cách 1. Ghép từng cặp góc bù nhau rồi rút gọn trực tiếp.

Định hướng. Nhận ra từng cặp số hạng ứng với hai góc bù nhau, dùng hệ thức để ghép và rút gọn.

a) bù nhau () nên , do đó .
bù nhau () nên , do đó .
Vậy biểu thức bằng .
b) Với : ; ; .
Thay vào: (vì ).
.
Biểu thức trở thành .

Vậy a) biểu thức rút gọn còn ; b) biểu thức rút gọn còn .

2Cách 2. Đưa mọi góc về cùng một góc nhọn gốc trước khi rút gọn.

Định hướng. Ở câu a), thay mỗi góc bằng góc bù tương ứng ngay từ đầu để tất cả các số hạng đều theo cùng một góc nền hoặc ; ở câu b), thay các giá trị bù nhau bằng ẩn trung gian trước khi nhân để tránh nhầm dấu.

a) Viết lại toàn bộ theo góc nhọn: ; .
Biểu thức trở thành , giống cách 1.
b) Đặt , (với ); khi đó , .
, , .
Biểu thức , đúng bằng kết quả cách 1.

Vậy hai cách cho cùng kết quả: a) ; b) .

Nhận xét. Đặt ẩn trung gian , ở câu b) giúp tránh nhầm dấu khi có nhiều thừa số âm nhân với nhau.

3Cách 3. Quy hết về , rồi rút gọn như phân thức; câu a) đọc trên nửa đường tròn đơn vị

Định hướng. Câu a) dùng vị trí đối xứng của các điểm trên nửa đường tròn đơn vị; câu b) thay , bằng thương của rồi rút gọn.

a) Hai điểm ứng với đối xứng nhau qua trục nên CÙNG tung độ, do đó
Hai điểm ứng với cũng đối xứng qua nên hoành độ ĐỐI nhau, do đó và tổng
Biểu thức a) bằng
b) Với : , ,
Hạng tử thứ nhất:
Hạng tử thứ hai:
Biểu thức b) bằng

Vậy a) ; b) .

Nhận xét. Quy hết về biến bài lượng giác thành bài rút gọn phân thức — công cụ dùng được cho mọi biểu thức có lẫn với .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3 cho câu b): thay , bằng thương của , rồi rút gọn thì các thừa số tự triệt tiêu, không phải nhớ riêng công thức đổi dấu cho .
Đáp số. a) ; b) .
Sai lầm thường gặp. Ở câu b), quên đổi dấu của thành , dẫn đến tính nhầm số hạng thứ hai bằng thay vì và ra kết quả cuối cùng là .
🚀 Mở rộng. Nếu bỏ điều kiện thì phải nêu điều kiện xác định: để có , và khác , để có — kết quả rút gọn vẫn là .
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 37
Bài 8 · 3.3★★Trang 37Chứng minh các hệ thức lượng giác cơ bản
3.3 (trang 37). Chứng minh các hệ thức sau:
a) ;
b) ();
c) ().
OxyMHα1cosα = x0sinα = y0
Kiến thức cần nhớ
  • M(x0;y0) là điểm trên nửa đường tròn đơn vị ứng với góc α, với , .
  • Ở lớp 9, với góc nhọn β trong tam giác vuông đã có .
🧠 Phân tích tư duy
Hệ thức a) chính là phương trình đường tròn đơn vị viết lại: điểm nằm trên đường tròn bán kính nên . Hai hệ thức b), c) không cần chứng minh lại từ đầu — chúng là hệ quả trực tiếp của a) sau một phép chia. Bẫy là quên nêu điều kiện: chia cho đòi , chia cho đòi khác .
1Cách 1. Dùng phương trình đường tròn đơn vị, áp dụng chung cho mọi α.

Định hướng. Dùng ngay việc điểm nằm trên đường tròn tâm bán kính để có hệ thức a), rồi chia hai vế của a) cho hoặc để suy ra b), c).

a) Vì thuộc đường tròn tâm bán kính nên .
Theo định nghĩa , , suy ra .
b) Với thì ; chia hai vế của a) cho : .
nên .
c) Với thì ; chia hai vế của a) cho : .
nên .

Vậy cả ba hệ thức a), b), c) đều đúng với mọi thoả điều kiện tương ứng.

2Cách 2. Quy góc tù về góc nhọn bằng hệ thức góc bù nhau rồi dùng kết quả đã biết ở lớp 9.

Định hướng. Xét riêng hai trường hợp: α nhọn thì dùng ngay kết quả lớp 9; α tù thì quy về góc nhọn nhờ hệ thức góc bù nhau, sau đó b), c) suy ra từ a) bằng phép chia tương tự nhưng viết theo thứ tự đảo ngược (quy đồng vế trái trước khi thay a) vào tử số).

a) Nếu nhọn (): đây chính là góc nhọn trong tam giác vuông đã học ở lớp 9, nên đúng.
Nếu tù (): góc là góc nhọn nên ; mà nên , tức .
Với , thay trực tiếp giá trị ở Bảng 3.1 đều cho tổng bằng .
b) Quy đồng mẫu số ở vế trái: .
Theo câu a), tử số bằng , nên .
c) Tương tự, quy đồng mẫu số : (theo câu a)).

Vậy cả ba hệ thức được chứng minh, khớp với cách 1.

Nhận xét. Ba hệ thức ở bài này (đặc biệt câu a) là hệ thức cơ bản nhất, dùng lại xuyên suốt khi tính giá trị lượng giác còn lại của một góc khi biết một giá trị (như Bài 3.4).

3Cách 3. Suy b) và c) từ a) bằng một phép chia

Định hướng. Chứng minh a) bằng định nghĩa, rồi chia hai vế của a) cho để được b) và chia cho để được c) — cả ba hệ thức chỉ tốn một lần lập luận hình học.

Điểm ứng với trên nửa đường tròn đơn vị có toạ độ
, đó là hệ thức a)
Với thì ; chia hai vế của a) cho :
nên , đó là hệ thức b)
Với thì nên ; chia hai vế của a) cho :
nên , đó là hệ thức c)

Vậy cả ba hệ thức đều đúng: ; với ; với .

Nhận xét. Ba hệ thức thực chất chỉ là MỘT, viết dưới ba dạng khác nhau — nhớ hệ thức a) rồi chia là ra hai hệ thức kia, khỏi học thuộc riêng.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3: chứng minh a) bằng rồi chia hai vế cho — vừa ngắn vừa buộc phải viết điều kiện xác định, đúng chỗ giám khảo hay trừ điểm.
Đáp số. a) ; b) (); c) ().
Sai lầm thường gặp. Ở câu b), c), quên nêu điều kiện (câu b) hoặc (câu c) để mẫu số khác 0, khiến hệ thức vô nghĩa tại các góc bị loại.
🚀 Mở rộng. Từ b) suy ra , công thức rất tiện khi bài cho và bắt tính , — chính là tình huống của Bài 3.4.
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 37
Bài 9 · 3.4★★★Trang 37Tính giá trị biểu thức lượng giác khi biết tanα
3.4 (trang 37). Cho góc () thoả mãn . Tính giá trị của biểu thức: .
Kiến thức cần nhớ
  • nên , do đó ; có thể chia cả tử và mẫu của phân thức theo sinα, cosα cho .
  • Hệ thức (Bài 3.3b) cho phép tính khi biết .
🧠 Phân tích tư duy
Cả tử và mẫu của đều là biểu thức BẬC NHẤT thuần nhất theo , nên chia cả hai cho là biến thành biểu thức chỉ chứa — đây là dấu hiệu nhận dạng quan trọng nhất của dạng bài này. Nhờ tính thuần nhất mà không cần biết riêng , chỉ cần tỉ số của chúng. Bẫy là đi tính , rồi quên xét dấu: vì nên phải là góc NHỌN, do đó .
1Cách 1. Chia cả tử và mẫu của P cho cosα để đưa về biểu thức chỉ chứa tanα.

Định hướng. (do xác định), chia cả tử và mẫu của cho để mọi số hạng chỉ còn theo , rồi thay .

.
Thay : .

Vậy .

2Cách 2. Tính trực tiếp sinα, cosα từ tanα rồi thay số vào P.

Định hướng. Dùng hệ thức (Bài 3.3b) để tìm , xác định dấu của theo dấu của , rồi suy ra và thay trực tiếp vào .

nên là góc nhọn (do góc tù có ), suy ra .
Theo Bài 3.3b: , suy ra , do đó (lấy dấu dương).
.
Thay vào : .

Vậy , khớp với kết quả ở cách 1.

Nhận xét. Cách chia cho ở cách 1 gọn hơn nhiều vì không cần xét dấu của , riêng lẻ; điều này chỉ làm được vì là thương của hai biểu thức bậc nhất theo , .

3Cách 3. Đặt , rồi rút gọn

Định hướng. Điều kiện nghĩa là ; đặt thì , thay vào thì tự triệt tiêu vì tử và mẫu cùng bậc nhất theo .

nên là góc nhọn, do đó
nên ; đặt với thì

nên rút gọn được
Kiểm chứng: từ nên , thay vào cho cùng kết quả

Vậy .

Nhận xét. Vì tử và mẫu cùng bậc nhất nên giá trị của chỉ phụ thuộc TỈ SỐ — đó là lí do biết mỗi đã đủ để tính .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: chia cả tử và mẫu cho để được rồi thay — hai dòng là xong, không phải tính , nên không lo sai dấu.
Đáp số. .
Sai lầm thường gặp. Chia cả tử và mẫu cho sinα thay vì cosα, tạo ra biểu thức chứa cotα mà không có sẵn giá trị, khiến bài toán phức tạp hơn không cần thiết; hoặc quên xác định dấu của cosα ở cách 2.
🚀 Mở rộng. Cùng cách ấy tính được mọi biểu thức thuần nhất, chẳng hạn — chia cả tử và mẫu cho được .
Nguồn: SGK Toán 10 — KNTT, tập 1, trang 37