Chương IX. Quan hệ giữa các yếu tố trong một tam giác

Luyện tập chung

SGK Toán 7 — Kết nối tri thức, tập 2 · 8 bài tập, mỗi câu ít nhất 2 cách giải.

Bài 1 · Ví dụ 1★★Trang 70— Chứng minh điểm nằm trên tia phân giác (khoảng cách đến hai cạnh bằng nhau)
Ví dụ 1 (trang 70). Cho là một điểm nằm bên trong góc sao cho khoảng cách từ đến hai cạnh , của góc bằng nhau. Chứng minh rằng nằm trên tia phân giác của góc .
OHKMxy
Kiến thức cần nhớ
  • Khoảng cách từ đến đường thẳng là độ dài đoạn vuông góc kẻ từ tới đường thẳng đó.
  • Hai tam giác vuông bằng nhau theo trường hợp cạnh huyền – cạnh góc vuông.
  • Tia nằm giữa , và thì là tia phân giác của .
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai khoảng cách bằng nhau, tức là hai đoạn vuông góc — dấu hiệu tạo ra hai tam giác vuông có chung cạnh huyền . Cần chỉ ra nên phải chứng minh hai tam giác đó bằng nhau. Bẫy: phải nói rõ tia nằm giữa và (do nằm trong góc) thì hai góc bằng nhau mới cho ta tia phân giác.
1Cách 1. Hai tam giác vuông bằng nhau (cạnh huyền – cạnh góc vuông)

Định hướng. Hạ , rồi so sánh hai tam giác vuông , có chung cạnh huyền .

Gọi , là chân các đường vuông góc kẻ từ đến , , theo đề
Xét hai tam giác vuông và có:
chung

Suy ra (cạnh huyền – cạnh góc vuông)

Vậy nằm trong góc và , nên là tia phân giác của góc , tức là nằm trên tia phân giác của góc .

2Cách 2. Qua tam giác cân MHK rồi tam giác cân OHK

Định hướng. Từ suy ra tam giác cân, biến đổi góc để được , rồi dùng trường hợp cạnh – cạnh – cạnh.

Tam giác có nên cân tại : (1)
và tia nằm giữa hai tia , ; tia nằm giữa hai tia , (như hình vẽ)
, (2)
Từ (1) và (2): , nên tam giác cân tại , do đó
Xét và có: , , chung
Suy ra (c.c.c), do đó

Vậy là tia phân giác của góc , tức là nằm trên tia phân giác của góc .

Nhận xét. Cách 2 chỉ mô tả đúng cho hình vẽ như sách giáo khoa; Cách 1 không phụ thuộc vị trí của , nên gọn và an toàn hơn.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: 4 dòng, không cần xét vị trí của , ; Cách 2 dài hơn và phụ thuộc hình vẽ.
Đáp số. nằm trên tia phân giác của góc (đã chứng minh).
Sai lầm thường gặp. Ghi theo trường hợp cạnh – góc – cạnh (thiếu góc xen giữa) hoặc ghi 'cạnh huyền – góc nhọn' khi đề chỉ cho một cặp cạnh góc vuông bằng nhau; trường hợp đúng ở đây là cạnh huyền – cạnh góc vuông.
🚀 Mở rộng. Đảo lại, mọi điểm nằm trên tia phân giác của một góc đều cách đều hai cạnh của góc đó; hai mệnh đề ghép lại cho ta: tia phân giác của một góc là tập hợp các điểm nằm trong góc và cách đều hai cạnh.
Bài 2 · Ví dụ 2★★★Trang 70— Chứng minh bất đẳng thức tam giác
Ví dụ 2 (trang 70). Cho tam giác . Hãy chứng minh .
BCAD
Kiến thức cần nhớ
  • Trong một tam giác, cạnh đối diện với góc lớn hơn thì lớn hơn (và ngược lại).
  • Tam giác cân có hai góc ở đáy bằng nhau.
  • Đường vuông góc ngắn hơn mọi đường xiên kẻ từ cùng một điểm.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cần một bất đẳng thức giữa ba cạnh mà ta mới chỉ biết quan hệ giữa góc và cạnh đối diện, nên phải biến cạnh thành góc bằng cách dựng thêm điểm phụ. Hướng ngắn nhất là nối dài về phía thêm đoạn để rồi so sánh hai góc của tam giác . Bẫy: quên điều kiện nằm giữa và nên không suy ra được .
1Cách 1. Trên tia đối của tia AB lấy điểm D sao cho AD = AC

Định hướng. Nối dài thêm để đổi thành cạnh của tam giác , rồi so sánh hai góc , .

Trên tia đối của tia lấy điểm sao cho , khi đó nằm giữa và nên
Tia nằm giữa hai tia , nên (1)
Tam giác có nên cân tại : (2)
Từ (1) và (2):
Trong tam giác , cạnh đối diện với góc lớn hơn thì lớn hơn:

Vậy , tức là .

2Cách 2. Kẻ đường cao AH rồi xét vị trí của H

Định hướng. Kẻ ( thuộc đường thẳng ); trong tam giác vuông cạnh huyền lớn hơn cạnh góc vuông, nên chia theo vị trí của .

Kẻ
Trường hợp 1: nằm giữa và (hoặc trùng , )
, (đường vuông góc ngắn hơn đường xiên, hoặc cạnh góc vuông nhỏ hơn cạnh huyền)

Trường hợp 2: nằm ngoài đoạn , chẳng hạn nằm giữa và
(trong tam giác vuông , )

Vậy Trong mọi trường hợp .

Nhận xét. Trường hợp nằm ngoài đoạn ở phía làm tương tự bằng cách đổi vai trò , .

3Cách 3. Lấy điểm E trên cạnh BC sao cho BE = BA

Định hướng. Nếu thì xong ngay; nếu thì lấy trên với , khi đó chỉ cần chứng minh .

Nếu :
Nếu : lấy nằm giữa và sao cho , khi đó
Tam giác cân tại nên góc ở đáy là góc nhọn
là góc tù
Trong tam giác , là góc lớn nhất nên

Vậy Trong mọi trường hợp .

Nhận xét. Cách này không cần vẽ thêm tia đối mà chỉ dùng điểm nằm ngay trên cạnh .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1 (đúng lời giải mẫu của sách): một hình vẽ, hai bước so sánh góc, không phải chia trường hợp; Cách 2 và Cách 3 phải chia trường hợp nên dài hơn.
Đáp số. (đã chứng minh).
Sai lầm thường gặp. Viết mà không nói nằm giữa và ; hoặc so sánh nhầm rồi kết luận (phải là cạnh đối diện góc lớn hơn thì lớn hơn, tức ).
🚀 Mở rộng. Áp dụng cho ba cạnh: , nên khi biết hai cạnh , thì cạnh thứ ba chỉ có thể nằm trong khoảng .
Bài 3 · 9.14★★Trang 71— So sánh đường xiên với đường vuông góc
Bài 9.14 (trang 71). Hãy giải thích: Nếu là một điểm tuỳ ý nằm trên cạnh hoặc của hình vuông thì độ dài đoạn thẳng luôn lớn hơn hoặc bằng độ dài cạnh của hình vuông đó (H.9.21).
ADBCM
Kiến thức cần nhớ
  • Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm đến một đường thẳng, đường vuông góc là đường ngắn nhất.
  • Trong tam giác, góc đối diện cạnh lớn hơn thì lớn hơn; góc vuông là góc lớn nhất của tam giác vuông.
  • Hình vuông có bốn cạnh bằng nhau và bốn góc vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Cạnh hình vuông vuông góc với cạnh kề nên (hoặc ) chính là đường vuông góc kẻ từ tới (hoặc ), còn là một đường xiên — dấu hiệu dùng quan hệ đường vuông góc – đường xiên. Bẫy: đề cho ở hai cạnh hoặc nên phải xét cả hai trường hợp, đồng thời nhớ dấu bằng xảy ra khi trùng hoặc .
1Cách 1. Đường vuông góc ngắn hơn đường xiên

Định hướng. Nhận ra , là các đường vuông góc kẻ từ tới , ; là đường xiên.

Trường hợp thuộc cạnh : nên là đường vuông góc, là đường xiên kẻ từ đến , do đó (dấu khi trùng )
Trường hợp thuộc cạnh : nên là đường vuông góc, là đường xiên kẻ từ đến , do đó (dấu khi trùng )
Hình vuông có

Vậy (bằng độ dài cạnh hình vuông) với mọi nằm trên cạnh hoặc .

2Cách 2. Góc vuông là góc lớn nhất trong tam giác ABM (hoặc ADM)

Định hướng. Tam giác (hoặc ) có một góc vuông, nên cạnh đối diện góc vuông là cạnh lớn nhất.

Trường hợp thuộc , khác : tam giác có là góc lớn nhất (hai góc còn lại nhọn)
Cạnh đối diện với nó là nên
Trường hợp thuộc , khác : tam giác có nên
Khi trùng hoặc thì

Vậy với mọi nằm trên cạnh hoặc .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: một câu nhận ra đường vuông góc – đường xiên, khỏi xét từng tam giác.
Đáp số. (dấu khi trùng hoặc ).
Sai lầm thường gặp. Chỉ xét nằm trên mà quên trường hợp nằm trên (lúc đó phải so sánh với ); hoặc kết luận mà bỏ mất trường hợp trùng hay .
🚀 Mở rộng. Cũng giải thích tương tự thì khi chạy trên cạnh , nhỏ nhất bằng ở vị trí trùng và lớn nhất ở vị trí trùng ; thử so sánh với .
Bài 4 · 9.15★Trang 71— Kiểm tra ba độ dài có là ba cạnh của một tam giác
Bài 9.15 (trang 71). Hỏi có tam giác nào với độ dài ba cạnh là cm; cm và cm không? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
  • Trong một tam giác, độ dài một cạnh nhỏ hơn tổng hai cạnh còn lại.
  • Trong một tam giác, độ dài một cạnh lớn hơn hiệu hai cạnh còn lại.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho ba độ dài cụ thể và hỏi có tồn tại tam giác hay không — dấu hiệu dùng bất đẳng thức tam giác. Chỉ cần kiểm tra cạnh lớn nhất ( cm) so với tổng hai cạnh còn lại. Bẫy: tổng hai cạnh nhỏ chỉ hơn cạnh lớn — dễ cộng nhẩm sai thành .
1Cách 1. Cạnh lớn nhất so với tổng hai cạnh còn lại

Định hướng. Chỉ cần thử bất đẳng thức tam giác với cạnh lớn nhất, vì hai bất đẳng thức còn lại chắc chắn đúng.

Cạnh lớn nhất là cm

, tức là

Vậy không có tam giác nào có độ dài ba cạnh là cm; cm và cm, vì trái với bất đẳng thức tam giác.

2Cách 2. Hiệu hai cạnh phải nhỏ hơn cạnh thứ ba

Định hướng. Dùng dạng khác của bất đẳng thức tam giác: hiệu hai cạnh nhỏ hơn cạnh thứ ba.

Nếu có tam giác thì

, mâu thuẫn với điều trên

Vậy không tồn tại tam giác có ba cạnh cm; cm và cm.

3Cách 3. Phản chứng bằng cách dựng thêm điểm

Định hướng. Giả sử có tam giác với , , , rồi lấy trên sao cho để tạo tam giác cân.

Giả sử có tam giác có cm, cm, cm
Lấy nằm giữa và sao cho cm, khi đó cm
Tam giác cân tại nên nhọn, suy ra (kề bù) là góc tù
Trong tam giác , cạnh đối diện góc tù là cạnh lớn nhất nên cm
Nhưng , mâu thuẫn

Vậy không có tam giác nào có độ dài ba cạnh là cm; cm và cm.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: chỉ một phép cộng và một phép so sánh.
Đáp số. Không có tam giác như vậy.
Sai lầm thường gặp. Chỉ thử một bất đẳng thức không phải với cạnh lớn nhất, ví dụ đúng rồi kết luận có tam giác; phải thử ba bất đẳng thức hoặc thử ngay với cạnh lớn nhất.
🚀 Mở rộng. Ba số dương là ba cạnh của một tam giác khi và chỉ khi ; thử tìm mọi số tự nhiên để ; và là ba cạnh của một tam giác (cần ).
Bài 5 · 9.16★★Trang 71— Tam giác cân và bất đẳng thức tam giác
Bài 9.16 (trang 71). Tính chu vi của tam giác cân biết hai cạnh của nó có độ dài là cm và cm.
Kiến thức cần nhớ
  • Tam giác cân có hai cạnh bên bằng nhau.
  • Bất đẳng thức tam giác: cạnh nhỏ hơn tổng hai cạnh còn lại và lớn hơn hiệu hai cạnh còn lại.
  • Chu vi tam giác là tổng độ dài ba cạnh.
🧠 Phân tích tư duy
Tam giác cân chỉ có hai khả năng: cạnh bên bằng hoặc cạnh bên bằng , nên phải xét hai trường hợp rồi loại trường hợp vi phạm bất đẳng thức tam giác. Bẫy: đề chưa nói cạnh nào là cạnh bên, và nếu không kiểm tra bất đẳng thức tam giác thì sẽ có hai đáp số ( và ) — chỉ một cái đúng.
1Cách 1. Xét hai trường hợp cạnh bên rồi kiểm tra bất đẳng thức tam giác

Định hướng. Hai cạnh đã cho là và ; cạnh thứ ba bằng một trong hai số đó, thử từng khả năng.

Trường hợp 1: cạnh bên cm, ba cạnh là cm, cm, cm
, vi phạm bất đẳng thức tam giác nên loại
Trường hợp 2: cạnh bên cm, ba cạnh là cm, cm, cm
và nên thoả mãn
Chu vi (cm)

Vậy chu vi của tam giác cân đó là cm.

2Cách 2. Khoảng giá trị của cạnh thứ ba

Định hướng. Gọi là cạnh thứ ba, dùng để loại giá trị không thoả.

Cạnh thứ ba cùng với và tạo thành tam giác cân nên hoặc
Theo bất đẳng thức tam giác: , tức là
không thoả, thoả nên
Chu vi (cm)

Vậy chu vi của tam giác cân đó là cm.

3Cách 3. Mỗi cạnh phải nhỏ hơn nửa chu vi

Định hướng. Từ suy ra , tức là mỗi cạnh nhỏ hơn nửa chu vi; thử cho hai bộ ba cạnh.

Bộ , , : chu vi , nửa chu vi , mà nên loại
Bộ , , : chu vi , nửa chu vi , mà và nên nhận

Vậy chu vi của tam giác cân đó là cm.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: dễ nghĩ ra nhất và trình bày rõ từng trường hợp; Cách 2 ngắn hơn nếu đã quen hệ thức .
Đáp số. cm.
Sai lầm thường gặp. Kết luận ngay chu vi là vì thấy và 'hợp lí', không kiểm tra ; hoặc cộng tất cả các cạnh đã cho () mà quên cạnh thứ ba.
🚀 Mở rộng. Tổng quát: hai cạnh luôn cho tam giác cân có hai cạnh bên bằng (vì ), còn tam giác cân có hai cạnh bên bằng chỉ tồn tại khi ; thử với hai cạnh cm và cm rồi cm và cm.
Bài 6 · 9.17★★Trang 71— Tìm độ dài cạnh thứ ba từ bất đẳng thức tam giác
Bài 9.17 (trang 71). Độ dài hai cạnh của một tam giác bằng cm và cm. Tính độ dài cạnh còn lại biết rằng số đo của nó theo xentimét là một số tự nhiên lẻ.
Kiến thức cần nhớ
  • Trong tam giác, hiệu hai cạnh nhỏ hơn cạnh thứ ba, và cạnh thứ ba nhỏ hơn tổng hai cạnh.
  • Số tự nhiên lẻ là các số
🧠 Phân tích tư duy
Biết hai cạnh, cạnh thứ ba nằm trong khoảng , rồi dùng điều kiện 'số tự nhiên lẻ' để chọn một giá trị. Bẫy: các đầu mút và đều là số lẻ nhưng bất đẳng thức là chặt (không có dấu bằng) nên phải loại.
1Cách 1. Khoảng giá trị rồi chọn số lẻ

Định hướng. Gọi (cm) là cạnh thứ ba, tìm khoảng của bằng bất đẳng thức tam giác rồi chọn số tự nhiên lẻ trong khoảng đó.

Theo bất đẳng thức tam giác:

Các số tự nhiên trong khoảng là ; ;
lẻ nên

Vậy cạnh còn lại dài cm.

2Cách 2. Thử lần lượt các số tự nhiên lẻ

Định hướng. Thử các số lẻ , , , , , với hai điều kiện và .

: (loại)
: (loại)
: , không lớn hơn (loại)
: và (nhận)
: , không nhỏ hơn (loại)
: (loại)

Vậy cạnh còn lại dài cm.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: chỉ một khoảng và một điều kiện lẻ; Cách 2 chỉ để kiểm tra lại.
Đáp số. cm.
Sai lầm thường gặp. Chọn hoặc vì hai số này nằm sát đầu mút; thực ra đầu mút không thuộc khoảng do bất đẳng thức tam giác chặt (tổng hai cạnh phải lớn hơn cạnh thứ ba, không được bằng).
🚀 Mở rộng. Nếu đổi 'số tự nhiên lẻ' thành 'số tự nhiên chẵn' thì có hai đáp số cm và cm; thử lập luận với hai cạnh cm và cm.
Bài 7 · 9.18★★★Trang 71— Chứng minh bất đẳng thức về chu vi tam giác
Bài 9.18 (trang 71). Biết hai cạnh của tam giác có độ dài và . Dựa vào bất đẳng thức tam giác, hãy giải thích tại sao chu vi của tam giác đó lớn hơn và nhỏ hơn .
Kiến thức cần nhớ
  • Bất đẳng thức tam giác: , , .
  • Chu vi .
🧠 Phân tích tư duy
Chu vi bằng với là cạnh thứ ba, nên hai bất đẳng thức cần chứng minh đổi thành hai điều về : và hoặc . Bẫy: bất đẳng thức bên trái cần một bất đẳng thức tam giác 'ngược' (), không phải .
1Cách 1. Hai bất đẳng thức tam giác cộng thêm một cạnh

Định hướng. Gọi là cạnh thứ ba và là chu vi; dùng cho vế trái và cho vế phải.

Gọi là độ dài cạnh còn lại, chu vi
Theo bất đẳng thức tam giác , nên
Theo bất đẳng thức tam giác , nên

Vậy .

2Cách 2. Dùng hiệu hai cạnh nhỏ hơn cạnh thứ ba

Định hướng. Từ tách riêng hai vế: vế trái cho , vế phải cho .

Cạnh thứ ba thoả mãn
Vì nên , do đó
Vì nên

Vậy .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: chỉ dùng hai bất đẳng thức tam giác cơ bản, không cần đưa vào giá trị tuyệt đối.
Đáp số. Chu vi thoả (đã giải thích).
Sai lầm thường gặp. Dùng cho cả hai bên nên chỉ chứng minh được vế phải mà không chứng minh được ; vế trái cần .
🚀 Mở rộng. Tương tự, chu vi cũng lớn hơn ; do đó chu vi lớn hơn và nhỏ hơn . Ví dụ hai cạnh và cho chu vi trong khoảng .
Bài 8 · 9.19★★★Trang 71— Tìm điểm trên đường thẳng để tổng khoảng cách nhỏ nhất
Bài 9.19 (trang 71). Hai khu vườn và nằm về một phía của con kênh . Hãy xác định bên bờ kênh cùng phía với và , một điểm để đặt máy bơm nước từ kênh tưới cho hai khu vườn sao cho tổng độ dài đường ống dẫn nước từ máy bơm đến hai khu vườn là ngắn nhất (HD: Gọi là điểm sao cho là đường trung trực của (H.9.22). Khi đó . Xem Vận dụng, Bài 33).
dAB
Kiến thức cần nhớ
  • Điểm nằm trên đường trung trực của một đoạn thẳng thì cách đều hai đầu đoạn thẳng đó.
  • Bất đẳng thức tam giác: với ba điểm , , bất kì có , dấu khi nằm giữa và .
🧠 Phân tích tư duy
Đề đòi tổng nhỏ nhất với thuộc và , cùng phía — dấu hiệu 'lấy đối xứng một điểm qua ' để biến đường gấp khúc thành đường gấp khúc mà đoạn thẳng nối với ngắn nhất. Bẫy: nếu , khác phía thì là giao của đoạn với ; ở đây cùng phía nên phải lấy đối xứng.
1Cách 1. Lấy B' đối xứng với B qua d

Định hướng. Thay bằng (nhờ là trung trực của ) để trở thành , đường gấp khúc nối hai điểm cố định và .

Gọi là điểm sao cho là đường trung trực của , khi đó với mọi điểm thuộc ta có
(bất đẳng thức tam giác; dấu khi nằm giữa và )
và nằm khác phía đối với nên đoạn cắt tại một điểm
Với điểm đó, , còn với điểm khác thuộc thì

Vậy điểm cần tìm là giao điểm của đoạn thẳng với đường thẳng , và khi đó tổng ngắn nhất.

dABB'C
2Cách 2. Lấy A' đối xứng với A qua d

Định hướng. Đổi vai trò của và : lấy điểm đối xứng của thay vì .

Gọi là điểm sao cho là đường trung trực của , khi đó với mọi điểm thuộc ta có
(bất đẳng thức tam giác; dấu khi nằm giữa và )
và nằm khác phía đối với nên đoạn cắt tại một điểm , tại đó

Vậy điểm cần tìm là giao điểm của đoạn thẳng với đường thẳng .

Nhận xét. Hai đoạn và cắt tại cùng một điểm (do tính đối xứng qua ), nên hai cách cho cùng một điểm .

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1 (theo gợi ý của đề): chỉ một hình phụ với , dễ dựng và dễ chứng minh.
Đáp số. là giao điểm của đường thẳng với đoạn thẳng ( đối xứng với qua ).
Sai lầm thường gặp. Chọn là chân đường vuông góc hạ từ hoặc từ xuống (tưởng rằng ngắn nhất), hoặc chọn là giao của đoạn với (chỉ đúng khi , khác phía ).
🚀 Mở rộng. Với , nằm khác phía thì điểm tối ưu là giao điểm của đoạn với ; tình huống 'cùng phía' được đưa về tình huống 'khác phía' nhờ lấy đối xứng.

🎯 Học tiếp

📚 Cùng chương: Chương IX. Quan hệ giữa các yếu tố trong một tam giác