🧠 Phân tích tư duyĐề cho hai chuỗi quan hệ: a∥b∥c (ba đường song song với nhau) và m⊥a, n⊥a — dấu hiệu phải dùng tính chất bắc cầu của song song và tính chất "cùng vuông góc với một đường thì song song với nhau" để suy ra thêm các quan hệ mới (m∥n) chứ không chỉ đếm những gì đề cho sẵn. Bẫy hay gặp là quên mất m∥n (không được đề nói thẳng) và quên rằng m, n cũng vuông góc với cả b, c chứ không chỉ với a.
1Cách 1. Suy luận bằng tính chất bắc cầu rồi liệt kê
Định hướng. Từ a∥b∥c suy ra cả ba đường đôi một song song; từ m⊥a, n⊥a suy ra m, n cũng vuông góc với b, c và suy ra m∥n.
a∥b, b∥c ⇒ a∥c (bắc cầu), nên a, b, c đôi một song song: có 3 cặp song song (a,b), (a,c), (b,c)
m⊥a mà a∥b∥c ⇒ m⊥b, m⊥c; tương tự n⊥a ⇒ n⊥b, n⊥c: có 6 cặp vuông góc (m,a), (m,b), (m,c), (n,a), (n,b), (n,c)
m, n cùng vuông góc với a nên m∥n: thêm 1 cặp song song (m,n)
Vậy có 3+1=4 cặp đường thẳng song song và 6 cặp đường thẳng vuông góc.
2Cách 2. Liệt kê toàn bộ (25) cặp rồi phân loại
Định hướng. Năm đường thẳng a,b,c,m,n tạo tối đa 10 cặp; xét trực tiếp từng cặp một xem song song, vuông góc hay không cùng loại nào cả.
(a,b): song song — (a,c): song song — (b,c): song song
(a,m): vuông góc — (a,n): vuông góc — (b,m): vuông góc (vì b∥a, m⊥a)
(b,n): vuông góc — (c,m): vuông góc — (c,n): vuông góc
(m,n): song song (cùng vuông góc với a)
Vậy đếm được 4 cặp song song: (a,b),(a,c),(b,c),(m,n) và 6 cặp vuông góc: (a,m),(a,n),(b,m),(b,n),(c,m),(c,n).
3Cách 3. Đếm bằng tổ hợp rồi trừ phần bù
Định hướng. Tổng số cặp trong 5 đường thẳng là (25)=10; tách 5 đường thành hai nhóm "cùng phương" {a,b,c} và {m,n}, mọi cặp trong cùng một nhóm là song song, mọi cặp khác nhóm là vuông góc.
Số cặp trong nhóm {a,b,c}: (23)=3 (đều song song)
Số cặp trong nhóm {m,n}: (22)=1 (song song, vì cùng vuông góc với a)
Số cặp khác nhóm: 3×2=6 (mỗi đường của {a,b,c} vuông góc với mỗi đường của {m,n})
Vậy có 3+1=4 cặp song song và 6 cặp vuông góc, tổng 4+6=10=(25), khớp với tổng số cặp.
Nhận xét. Cách 3 dùng ý tưởng chia nhóm để không sót, không đếm trùng cặp nào — hữu ích khi số đường thẳng lớn hơn.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: suy luận theo đúng thứ tự tính chất đã học, không cần liệt kê hết mọi cặp nên nhanh và khó sót.
Đáp số. Có 4 cặp đường thẳng song song: (a,b), (a,c), (b,c), (m,n) và 6 cặp đường thẳng vuông góc: (a,m), (a,n), (b,m), (b,n), (c,m), (c,n).
Sai lầm thường gặp. Sai lầm phổ biến nhất là chỉ đếm 3 cặp song song (a,b),(a,c),(b,c) mà quên cặp (m,n) — vì đề không nói thẳng "m∥n", phải tự suy ra từ tính chất "cùng vuông góc với a thì song song". Sai lầm khác là chỉ đếm m⊥a, n⊥a (2 cặp) mà quên m, n còn vuông góc với cả b và c.
🚀 Mở rộng. Nếu đề cho k đường thẳng đôi một song song và 2 đường thẳng cùng vuông góc với cả k đường đó, số cặp song song sẽ là (2k)+1 và số cặp vuông góc là 2k — hãy thử kiểm tra công thức này với k=3 vừa tính ở trên.