Bài 1 · Mở đầu★★Trang 64— Nhận biết hình chữ nhật từ hai đoạn thẳng bằng nhau cắt nhau tại trung điểm mỗi đường
Mở đầu (trang 64). Hai thanh tre thẳng bằng nhau, được gắn với nhau tại trung điểm của mỗi thanh. Khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác (H.3.40) thì tứ giác đó là hình gì? Tại sao?
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình chữ nhật.
Định nghĩa hình chữ nhật: tứ giác có bốn góc vuông.
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai đoạn thẳng bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đoạn — đây đúng là dấu hiệu "hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường" sẽ gặp lại ở Ví dụ 2 của bài học, nên tứ giác tạo thành chắc chắn là hình chữ nhật. Hướng làm là coi hai thanh tre chính là hai ĐƯỜNG CHÉO của tứ giác cần tìm, không phải hai cạnh. Bẫy của đề là dễ nhầm hai thanh tre là hai cạnh kề nhau, trong khi chúng cắt nhau ở giữa nên phải là hai đường chéo.
1Cách 1. Qua hình bình hành rồi dùng đường chéo bằng nhau
Định hướng. Coi hai thanh tre là hai đường chéo AC, BD của tứ giác ABCD cần tìm, gọi điểm gắn chung là O.
Mỗi thanh được gắn tại trung điểm của chính nó nên O là trung điểm của AC và cũng là trung điểm của BD Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên ABCD là hình bình hành Hai thanh tre bằng nhau nghĩa là AC=BD; hình bình hành ABCD có hai đường chéo bằng nhau nên theo Định lí 2, ABCD là hình chữ nhật
Vậy tứ giác tạo thành là hình chữ nhật.
2Cách 2. Tính trực tiếp từng góc bằng tam giác cân tại O
Định hướng. Vì O là trung điểm chung và hai thanh bằng nhau nên OA=OB=OC=OD; xét các tam giác cân tại O để tính thẳng từng góc của tứ giác.
Đặt OA=OB=OC=OD=r (bằng nửa mỗi thanh); đặt góc AOB=α Vì A,O,C thẳng hàng nên góc AOB và góc BOC kề bù: góc BOC=180∘−α Tam giác OAB cân tại O nên góc OBA=2180∘−α; tam giác OBC cân tại O nên góc OBC=2180∘−(180∘−α)=2α Góc tại đỉnh B của tứ giác: góc ABC= góc OBA+ góc OBC=2180∘−α+2α=90∘ Lập luận tương tự cho các đỉnh A, C, D (đổi vai trò góc ở tâm) đều cho kết quả 90∘
Vậy cả bốn góc của tứ giác đều vuông nên tứ giác là hình chữ nhật theo đúng định nghĩa, không cần qua khái niệm hình bình hành.
3Cách 3. Toạ độ hoá bằng vectơ, dùng tích vô hướng
Định hướng. Đặt gốc toạ độ tại O; vì O là trung điểm mỗi đường chéo nên C=−A, D=−B; điều kiện hai thanh bằng nhau cho ∣A∣=∣B∣, rồi tính tích vô hướng để chỉ ra từng góc vuông.
Đặt O là gốc, A, B là hai vectơ vị trí bất kỳ; vì O là trung điểm AC và BD nên C=−A, D=−B Hai thanh bằng nhau: AC=BD⇒2∣A∣=2∣B∣⇒∣A∣=∣B∣ AB=B−A, AD=D−A=−B−A; tích vô hướng AB⋅AD=(B−A)⋅(−B−A)=∣A∣2−∣B∣2=0 (do ∣A∣=∣B∣) Tích vô hướng bằng 0 nghĩa là góc tại đỉnh A vuông; lập luận hoàn toàn tương tự cho ba đỉnh còn lại
Vậy bốn góc đều vuông, tứ giác là hình chữ nhật — khớp với Cách 1, Cách 2.
Nhận xét. Cách 1 ngắn gọn nhất vì dùng thẳng kết quả sẽ học ở Ví dụ 2; Cách 2, Cách 3 chứng minh lại từ gốc, không phụ thuộc kiến thức chưa học tới.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Sau khi học xong bài, nên trình bày theo Cách 1: chỉ hai bước (hình bình hành, rồi đường chéo bằng nhau) là xong, ngắn hơn hẳn việc tính góc hay dùng vectơ.
Đáp số.Tứ giác tạo bởi bốn đầu mút của hai thanh tre là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp.Nhầm rằng hai thanh tre là hai CẠNH của tứ giác nên vội đoán đó là hình thoi hay một tứ giác bất kỳ — thực chất hai thanh tre cắt nhau ở giữa nên đóng vai trò hai ĐƯỜNG CHÉO, không phải cạnh.
🚀 Mở rộng.Nếu bỏ điều kiện "bằng nhau" mà chỉ giữ "cắt nhau tại trung điểm mỗi đường", tứ giác tạo thành chỉ còn chắc chắn là hình bình hành (Bài 12), chưa chắc là hình chữ nhật.
Bài 2 · HĐ1★Trang 64— Nhận biết hình chữ nhật trực tiếp từ dấu hiệu góc vuông đã đánh dấu trên hình
HĐ1 (trang 64). Trong các hình dưới đây (H.3.41), hình nào là hình chữ nhật? Tại sao?
Kiến thức cần nhớ
Định nghĩa hình chữ nhật: tứ giác có bốn góc vuông.
Chú ý: nếu một tứ giác có ba góc vuông thì góc còn lại cũng vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Ba tứ giác cho sẵn hình dạng, dấu hiệu để nhận ra ngay là ĐỌC các dấu vuông góc đã đánh dấu tại các đỉnh: chỉ hình b) có đủ bốn dấu vuông. Bẫy của đề là hình c) tuy có hai cặp cạnh đối song song (một hình bình hành) nhưng bị xiên, các góc rõ ràng không vuông nên không phải hình chữ nhật dù trông khá cân đối.
1Cách 1. Đọc trực tiếp dấu vuông góc theo đúng định nghĩa
Định hướng. So khớp từng hình với định nghĩa "tứ giác có bốn góc vuông".
Hình b) đã đánh dấu vuông góc tại cả bốn đỉnh A, B, C, D nên thoả đúng định nghĩa hình chữ nhật Hình a) là một tứ giác lồi không có góc nào được đánh dấu vuông, các cạnh không song song từng đôi, không phải hình chữ nhật Hình c) có hai cặp cạnh đối song song (là hình bình hành) nhưng bị xiên, không có góc nào vuông, không phải hình chữ nhật
Vậy chỉ có hình b) là hình chữ nhật.
2Cách 2. Dùng Chú ý — chỉ cần kiểm ba góc
Định hướng. Áp dụng ngay Chú ý dưới định nghĩa: có ba góc vuông thì góc còn lại tự động vuông.
Ở hình b), chỉ cần đọc ba trong bốn dấu vuông góc, chẳng hạn tại A, B, D Theo Chú ý (hệ quả từ tổng bốn góc tứ giác bằng 360∘), góc còn lại tại C tự động cũng vuông Vậy không cần đợi hình vẽ đánh dấu đủ bốn góc vẫn có thể kết luận chắc chắn hình b) là hình chữ nhật
Vậy kết luận không đổi: hình b) là hình chữ nhật; a), c) không phải.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Dùng Cách 2 khi làm nhanh: chỉ cần đọc ba dấu vuông thay vì bốn, nhờ Chú ý đã học ngay sau định nghĩa.
Đáp số.Hình b) là hình chữ nhật; hình a), c) không phải.
Sai lầm thường gặp.Nhầm hình c) là hình chữ nhật vì "trông giống" hình chữ nhật bị nghiêng — thực chất c) chỉ là hình bình hành, các góc không vuông, phải dựa vào dấu vuông góc trên hình chứ không đoán bằng cảm giác.
🚀 Mở rộng.Nếu chỉ biết hình c) là hình bình hành mà muốn biết có phải hình chữ nhật không, cách nhanh nhất (không cần đo cả bốn góc) là so sánh hai đường chéo: bằng nhau thì là hình chữ nhật, khác nhau thì không (sẽ học ở Định lí 2 ngay sau đây).
Bài 3 · HĐ2★★Trang 64— Nhận biết hình chữ nhật vừa là trường hợp đặc biệt của hình bình hành vừa là trường hợp đặc biệt của hình thang cân
HĐ2 (trang 64). Hình chữ nhật có là hình bình hành không, có là hình thang cân không? Tại sao?
Kiến thức cần nhớ
Định nghĩa hình bình hành: tứ giác có các cạnh đối song song.
Định nghĩa hình thang cân: hình thang có hai góc kề một đáy bằng nhau.
Định nghĩa hình chữ nhật: tứ giác có bốn góc vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Đề hỏi về mối quan hệ giữa ba loại tứ giác đã học (hình bình hành — Bài 12, hình thang cân — Bài 11, hình chữ nhật — bài này), dấu hiệu là phải quay lại đúng ĐỊNH NGHĨA của từng loại rồi kiểm tra hình chữ nhật có thoả các điều kiện đó không, chứ không phải đoán bằng hình dạng. Bẫy của câu hỏi là hình thang cân chỉ đòi hỏi MỘT cặp cạnh đối song song (hai đáy) cộng thêm hai cạnh bên bằng nhau, không đòi hỏi cả hai cặp cạnh đối song song như hình bình hành.
1Cách 1. Dùng tính chất hai góc trong cùng phía bù nhau
Định hướng. Từ bốn góc vuông của hình chữ nhật, suy ra các cặp góc trong cùng phía bù nhau để chỉ ra cạnh song song.
Hình chữ nhật ABCD có góc A= góc B= góc C= góc D=90∘ Góc A và góc D kề cạnh AD, có góc A+ góc D=180∘ (hai góc trong cùng phía bù nhau) nên AB\parallelDC Góc A và góc B kề cạnh AB, có góc A+ góc B=180∘ nên AD\parallelBC Có đủ hai cặp cạnh đối song song nên ABCD là hình bình hành Từ hình bình hành vừa có, AD=BC (cạnh đối bằng nhau); mà ABCD đã có AB\parallelDC nên là hình thang với hai cạnh bên AD=BC bằng nhau, tức là hình thang cân
Vậy hình chữ nhật vừa là hình bình hành, vừa là hình thang cân.
2Cách 2. Dùng trục đối xứng của hình chữ nhật
Định hướng. Hình chữ nhật có trục đối xứng là đường trung trực của mỗi cặp cạnh đối; dùng phép đối xứng trục để suy trực tiếp cạnh song song và cạnh bên bằng nhau.
Gọi d là đường trung trực của AB trong hình chữ nhật ABCD; vì bốn góc đều vuông, d cũng vuông góc với DC tại trung điểm của DC, tức d là trục đối xứng của tứ giác, biến A↔B, D↔C Vì d⊥AB và d⊥DC nên AB\parallelDC (cùng vuông góc một đường thẳng) Phép đối xứng trục qua d biến D thành C nên AD (ảnh của đoạn qua A,D) trở thành BC, suy AD=BC ABCD có AB\parallelDC và hai cạnh bên AD=BC nên là hình thang cân; đồng thời cũng có đủ điều kiện hình bình hành như Cách 1
Vậy kết luận khớp với Cách 1: hình chữ nhật vừa là hình bình hành, vừa là hình thang cân.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Dùng Cách 1 khi trình bày bài kiểm tra: chỉ cần tính chất góc trong cùng phía quen thuộc, không cần khái niệm trục đối xứng.
Đáp số.Hình chữ nhật vừa là hình bình hành (có các cạnh đối song song), vừa là hình thang cân (có một cặp cạnh đối song song và hai cạnh bên bằng nhau).
Sai lầm thường gặp.Một số bạn nghĩ hình chữ nhật không phải hình thang vì "không có đáy lớn đáy nhỏ khác nhau rõ rệt" — thực chất định nghĩa hình thang không đòi hai đáy phải khác độ dài, hình chữ nhật vẫn có một cặp cạnh đối song song nên vẫn là một hình thang, và là hình thang cân vì hai cạnh bên bằng nhau.
🚀 Mở rộng.Ngược lại, một hình bình hành hoặc một hình thang cân bất kỳ không nhất thiết là hình chữ nhật — hình chữ nhật chính là phần chung (giao) của hai tập hợp đó.
Bài 4 · Luyện tập 1★★★Trang 65— Chứng minh trung điểm bằng tính chất đường cao–trung tuyến trong tam giác cân
Luyện tập 1 (trang 65). Cho hình chữ nhật ABCD. Hai đường chéo AC, BD cắt nhau tại O. Kẻ OH⊥DC (H.3.44). Chứng minh rằng H là trung điểm của DC.
Kiến thức cần nhớ
Trong hình chữ nhật, hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (Định lí 1).
Trong tam giác cân, đường cao xuất phát từ đỉnh cân đồng thời là đường trung tuyến ứng với cạnh đáy.
Hai tam giác vuông bằng nhau theo trường hợp cạnh huyền – cạnh góc vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho O là giao điểm hai đường chéo của hình chữ nhật và yêu cầu chứng minh chân đường vuông góc H là trung điểm — dấu hiệu ngay lập tức là dùng Định lí 1 (đường chéo hình chữ nhật bằng nhau, cắt nhau tại trung điểm) để suy OC=OD, biến tam giác OCD thành tam giác CÂN, từ đó OH (đường cao) chính là đường trung tuyến. Bẫy của bài là quên chứng minh OC=OD trước khi dùng tính chất tam giác cân.
1Cách 1. Đường cao đồng thời trung tuyến trong tam giác cân
Định hướng. Chứng minh tam giác OCD cân tại O rồi dùng tính chất đường cao–trung tuyến.
Vì ABCD là hình chữ nhật nên hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (Định lí 1): OC=OD(=21AC=21BD) Tam giác OCD có OC=OD nên cân tại O OH⊥DC (giả thiết) nên OH là đường cao của tam giác cân OCD xuất phát từ đỉnh cân O Trong tam giác cân, đường cao từ đỉnh cân đồng thời là đường trung tuyến ứng với cạnh đáy, nên OH cũng là đường trung tuyến ứng với DC
VậyH là trung điểm của DC.
2Cách 2. Hai tam giác vuông bằng nhau (ch-cgv)
Định hướng. Xét hai tam giác vuông OHD, OHC có cạnh huyền bằng nhau và cạnh góc vuông chung.
OC=OD (Định lí 1, như Cách 1) Xét △OHD và △OHC vuông tại H: OH là cạnh chung, OD=OC là hai cạnh huyền bằng nhau Suy ra △OHD=△OHC (cạnh huyền – cạnh góc vuông) Do đó HD=HC (hai cạnh tương ứng)
VậyHD=HC, tức H là trung điểm của DC.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt DC nằm trên trục hoành; vì OH⊥DC nên H có cùng hoành độ với O, rồi tính hoành độ O theo D, C.
Đặt D=(0;0), C=(a;0) trên trục hoành (a=DC); vì ABCD là hình chữ nhật nên A=(0;h), B=(a;h) với h=AD O là giao điểm hai đường chéo, cũng là trung điểm mỗi đường chéo (Định lí 1): O=(2a;2h) Vì OH⊥DC (trục hoành) nên H có cùng hoành độ với O: H=(2a;0) Hoành độ 2a đúng bằng trung điểm của đoạn từ D=(0;0) đến C=(a;0)
VậyH là trung điểm của DC, khớp với Cách 1, Cách 2.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ một dòng suy luận (tam giác cân, đường cao là trung tuyến), ngắn hơn hẳn việc xét hai tam giác bằng nhau hay lập toạ độ.
Đáp số.H là trung điểm của DC.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là khẳng định ngay "OH đi qua trung điểm vì nhìn cân đối" mà bỏ qua bước chứng minh OC=OD (từ Định lí 1) — thiếu bước này thì tam giác OCD chưa chắc cân, lập luận về đường cao–trung tuyến sẽ không có căn cứ.
🚀 Mở rộng.Kết quả tổng quát hơn: với mọi điểm O cách đều hai đầu mút của một đoạn thẳng, đường vuông góc kẻ từ O xuống đoạn đó luôn đi qua trung điểm — đây là mầm mống của tính chất "đường kính vuông góc dây cung thì đi qua trung điểm dây" sẽ gặp lại khi học đường tròn.
Bài 5 · HĐ3★★Trang 65— Suy ra dấu hiệu: hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật (Định lí 2a)
HĐ3 (trang 65). Cho hình bình hành ABCD có góc A vuông. Tính các góc B, C, D. Tứ giác ABCD có là hình chữ nhật không? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
Trong hình bình hành, các góc đối bằng nhau.
Trong hình bình hành, hai góc kề một cạnh bù nhau.
Định nghĩa hình chữ nhật: tứ giác có bốn góc vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hình bình hành có sẵn một góc vuông (góc A) và yêu cầu tính ba góc còn lại — dấu hiệu là dùng tính chất "góc đối bằng nhau" và "hai góc kề một cạnh bù nhau" của hình bình hành (đã học ở Bài 12) để suy ra cả ba góc còn lại cũng bằng 90∘. Vì sao chọn hướng này: đây là hai tính chất đã học ngay ở bài trước nên tính được ngay, không cần chờ tới Định lí 2 của bài này. Bẫy của câu hỏi là dễ tính đủ góc B, góc D rồi quên tính riêng góc C, trong khi góc C phải suy từ "góc đối bằng góc A" chứ không tự động theo hai góc kia.
1Cách 1. Dùng góc đối bằng nhau và kề bù
Định hướng. Từ góc A=90∘, dùng hai tính chất góc của hình bình hành để suy thẳng ba góc còn lại.
Giả thiết: góc A=90∘ ABCD là hình bình hành nên góc C= góc A=90∘ (góc đối bằng nhau) Góc A, góc B kề cạnh AB nên bù nhau: góc B=180∘−90∘=90∘ Tương tự góc A, góc D kề cạnh AD: góc D=180∘−90∘=90∘
Vậy cả bốn góc đều vuông; theo định nghĩa, ABCD là hình chữ nhật.
2Cách 2. Dùng tổng bốn góc của tứ giác bằng 360°
Định hướng. Kết hợp "góc đối bằng nhau" với tổng bốn góc của một tứ giác để tính góc B.
Góc A= góc C=90∘ (góc đối của hình bình hành); góc B= góc D (góc đối của hình bình hành) Tổng bốn góc của tứ giác ABCD bằng 360∘: 90∘+90∘+ góc B+ góc D=360∘ Vì góc B= góc D nên 2⋅góc B=360∘−180∘=180∘, suy góc B=90∘, do đó góc D=90∘
Vậy cả bốn góc đều 90∘; ABCD là hình chữ nhật, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng quan hệ vuông góc giữa hai đường thẳng song song
Định hướng. Nếu một đường thẳng vuông góc với một trong hai đường thẳng song song thì cũng vuông góc với đường thẳng còn lại.
AD\parallelBC (cạnh đối hình bình hành); AB⊥AD tại A (giả thiết góc A=90∘) nên AB⊥BC, tức góc B=90∘ AB\parallelDC (cạnh đối hình bình hành); AD⊥AB tại A nên AD⊥DC, tức góc D=90∘ Tổng bốn góc bằng 360∘: góc C=360∘−90∘−90∘−90∘=90∘
Vậy cả bốn góc đều vuông, ABCD là hình chữ nhật.
Nhận xét. Đây chính là nội dung Định lí 2a: hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ hai bước suy luận trực tiếp từ hai tính chất quen thuộc của hình bình hành, nhanh nhất trong ba cách.
Đáp số.Góc B= góc C= góc D=90∘; tứ giác ABCD là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn chỉ tính được góc B, góc D bằng cách kề bù rồi quên tính góc C (hoặc tính thiếu căn cứ) — góc C phải suy từ "góc đối bằng góc A" (hoặc lặp lại kề bù với góc D), không được bỏ qua.
🚀 Mở rộng.Đây chính là Định lí 2a của bài: hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật — chỉ cần đúng MỘT góc vuông là đủ, không cần kiểm cả bốn góc như với tứ giác bất kỳ.
Bài 6 · Luyện tập 2★★★Trang 66— Dấu hiệu nhận biết hình chữ nhật kết hợp điều kiện đường chéo và một góc vuông
Luyện tập 2 (trang 66). Cho tứ giác ABCD có A=90∘, hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đường. Hỏi tứ giác ABCD là hình gì? Tại sao?
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình bình hành (Bài 12, Định lí 3b).
Hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật (Định lí 2a).
Trong tam giác vuông, đường trung tuyến ứng với cạnh huyền bằng nửa cạnh huyền (Nhận xét, trang 64).
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai dữ kiện: (1) hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường — đây là dấu hiệu hình bình hành (Bài 12); (2) góc A=90∘. Hướng tự nhiên là ghép hai dữ kiện: trước tiên suy ra ABCD là hình bình hành từ (1), sau đó dùng góc vuông có sẵn cùng Định lí 2a để kết luận là hình chữ nhật. Bẫy của đề là dễ quên bước trung gian "là hình bình hành" rồi vội áp Định lí 2 (định lí đó chỉ phát biểu CHO hình bình hành, không áp thẳng được cho một tứ giác bất kỳ).
1Cách 1. Qua hình bình hành rồi Định lí 2a
Định hướng. Dùng dấu hiệu đường chéo để có hình bình hành, rồi dùng góc vuông sẵn có.
O là trung điểm của cả AC và BD (giả thiết) nên ABCD là hình bình hành (Định lí 3b, Bài 12) Hình bình hành ABCD có góc A=90∘ (giả thiết) Theo Định lí 2a, hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật
VậyABCD là hình chữ nhật.
2Cách 2. Dùng trung tuyến ứng cạnh huyền rồi Ví dụ 2
Định hướng. Vì góc A chính là góc DAB của tam giác ABD, dùng Nhận xét về trung tuyến ứng với cạnh huyền để suy AC=BD rồi áp Ví dụ 2.
Xét tam giác ABD vuông tại A (vì góc DAB=90∘); O là trung điểm BD (giả thiết) nên AO là trung tuyến ứng với cạnh huyền BD, do đó AO=21BD (Nhận xét, trang 64) Mặt khác O cũng là trung điểm AC (giả thiết) nên AO=21AC Từ hai đẳng thức trên: 21AC=21BD, suy AC=BD Hai đường chéo AC=BD và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (giả thiết) nên theo Ví dụ 2, ABCD là hình chữ nhật
VậyABCD là hình chữ nhật — khớp với Cách 1, không cần đi qua khái niệm hình bình hành.
3Cách 3. Toạ độ hoá theo hai cạnh vuông góc tại A
Định hướng. Vì góc A=90∘, chọn hai trục toạ độ dọc theo AB, AD rồi tính toạ độ C từ điều kiện O là trung điểm chung.
Đặt A=(0;0), B=(b;0) trên trục hoành, D=(0;d) trên trục tung (vì AB⊥AD do góc A=90∘) O là trung điểm BD: O=(2b;2d) O cũng là trung điểm AC (giả thiết) nên C=2O−A=(b;d) Bốn điểm A(0;0), B(b;0), C(b;d), D(0;d) có các cạnh song song với hai trục toạ độ, từng cặp cạnh kề vuông góc nhau
VậyABCD là hình chữ nhật, khớp với hai cách trên.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đúng theo thứ tự kiến thức vừa học (hình bình hành rồi Định lí 2a), ngắn và không cần nhớ thêm Nhận xét phụ.
Đáp số.Tứ giác ABCD là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là chỉ dùng góc A=90∘ rồi kết luận ngay là hình chữ nhật, bỏ qua việc chứng minh ABCD là hình bình hành trước — một tứ giác bất kỳ có một góc vuông chưa chắc là hình chữ nhật, phải là góc vuông của một hình bình hành.
🚀 Mở rộng.Nếu chỉ có góc A=90∘ mà KHÔNG có dữ kiện "hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm", tứ giác chỉ chắc là có một góc vuông, chưa chắc là hình chữ nhật.
Bài 7 · Vận dụng★★Trang 66— Vận dụng dấu hiệu "hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường" để giải quyết lại tình huống mở đầu
Vận dụng (trang 66). Hãy trả lời các câu hỏi trong tình huống mở đầu: Hai thanh tre thẳng bằng nhau, được gắn với nhau tại trung điểm của mỗi thanh. Khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác thì tứ giác đó là hình gì? Tại sao?
Kiến thức cần nhớ
Ví dụ 2 (chính bài học): tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình chữ nhật.
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình bình hành (Bài 12, Định lí 3b).
🧠 Phân tích tư duy
Câu hỏi quay lại đúng tình huống mở đầu nhưng bây giờ đã có đủ công cụ: Định lí 1, Định lí 2 và Ví dụ 2 của chính bài học. Dấu hiệu để chọn công cụ là nhận ra hai thanh tre đóng vai trò hai ĐƯỜNG CHÉO (không phải cạnh) của tứ giác cần xét, khớp chính xác với giả thiết của Ví dụ 2.
1Cách 1. Áp dụng thẳng Ví dụ 2
Định hướng. Gọi tên các đầu mút là A, B, C, D và điểm gắn chung là O, đối chiếu trực tiếp với giả thiết của Ví dụ 2.
Hai thanh tre chính là hai đường chéo AC, BD của tứ giác ABCD Mỗi thanh được gắn tại trung điểm của chính nó, tức O là trung điểm của cả AC và BD Hai thanh tre bằng nhau, tức AC=BD Theo đúng Ví dụ 2 (tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình chữ nhật), ABCD là hình chữ nhật
Vậy tứ giác tạo bởi bốn đầu mút của hai thanh tre là hình chữ nhật.
2Cách 2. Tách hai bước: hình bình hành rồi Định lí 2b
Định hướng. Trình bày chi tiết vì sao Ví dụ 2 đúng, bằng cách tách qua hình bình hành trước.
O là trung điểm của cả AC, BD nên ABCD là hình bình hành (Định lí 3b, Bài 12) Hình bình hành ABCD có AC=BD (hai thanh bằng nhau) nên theo Định lí 2b, ABCD là hình chữ nhật
Vậy tứ giác là hình chữ nhật, khớp với Cách 1.
3Cách 3. Tính trực tiếp góc bằng tam giác cân tại O
Định hướng. Không dùng khái niệm hình bình hành, tính thẳng từng góc từ OA=OB=OC=OD.
Vì O là trung điểm chung và hai thanh bằng nhau nên OA=OB=OC=OD (mỗi nửa thanh dài bằng nhau) Với A,O,C thẳng hàng, xét hai tam giác cân OAB, OBC tại O: góc ABO+ góc OBC=90∘ (tính như đã làm ở Mở đầu, Cách 2) Lập luận tương tự cho các đỉnh còn lại
Vậy cả bốn góc đều vuông, tứ giác là hình chữ nhật.
Nhận xét. Cách 1 là câu trả lời chuẩn mực nhất cho phần Vận dụng vì dùng đúng kết quả vừa học ở Ví dụ 2, không cần chứng minh lại từ đầu.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: áp dụng thẳng Ví dụ 2 vừa học, nhanh nhất và đúng ý đồ của phần Vận dụng.
Đáp số.Tứ giác tạo bởi bốn đầu mút của hai thanh tre là hình chữ nhật, vì hai thanh tre đóng vai trò hai đường chéo bằng nhau, cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường.
Sai lầm thường gặp.Nếu chỉ ghi "áp dụng Ví dụ 2" mà không chỉ rõ hai thanh tre đóng vai trò hai ĐƯỜNG CHÉO (không phải cạnh) thì lời giải chưa đủ chặt, cần nêu rõ vai trò của từng yếu tố trước khi áp dụng định lí.
🚀 Mở rộng.Nếu bỏ điều kiện "bằng nhau", tứ giác tạo thành chỉ còn chắc chắn là hình bình hành (Bài 12), chưa chắc là hình chữ nhật.
Bài 8 · Bài 3.25★Trang 66— Dùng dụng cụ đo góc (ê-ke) để kiểm tra dấu hiệu nhận biết hình chữ nhật qua góc vuông
Bài 3.25 (trang 66). Bằng ê-ke, nêu cách kiểm tra một tứ giác có là hình chữ nhật hay không. Hãy giải thích kết quả.
Kiến thức cần nhớ
Định nghĩa hình chữ nhật: tứ giác có bốn góc vuông.
Chú ý: nếu một tứ giác có ba góc vuông thì góc còn lại cũng vuông, tứ giác đó là hình chữ nhật.
🧠 Phân tích tư duy
Ê-ke dùng để kiểm tra GÓC VUÔNG — dấu hiệu tự nhiên nhất cần nhớ tới ngay là định nghĩa "tứ giác có bốn góc vuông", và đặc biệt là Chú ý: chỉ cần kiểm ba góc vuông là đủ (góc thứ tư tự động vuông vì tổng bốn góc tứ giác bằng 360∘). Bẫy của câu hỏi là học sinh có thể đề xuất kiểm đủ cả bốn góc — không sai nhưng chưa phải cách tối ưu theo đúng Chú ý của bài.
1Cách 1. Kiểm đủ bốn góc
Định hướng. Đối chiếu trực tiếp với định nghĩa hình chữ nhật.
Đặt ê-ke áp vào lần lượt bốn đỉnh A, B, C, D của tứ giác Nếu cạnh góc vuông của ê-ke áp khít hai cạnh tứ giác tại mỗi đỉnh, tức cả bốn góc đều vuông
Vậy theo đúng định nghĩa, tứ giác có bốn góc vuông kiểm được bằng ê-ke là hình chữ nhật.
2Cách 2. Kiểm ba góc, dùng Chú ý
Định hướng. Chỉ cần đo ít hơn nhờ Chú ý ngay dưới định nghĩa hình chữ nhật.
Đặt ê-ke kiểm tra ba trong bốn đỉnh, chẳng hạn A, B, C Nếu cả ba góc này đều vuông, theo Chú ý, góc còn lại tại D tự động cũng vuông, không cần đo
Vậy chỉ cần đo ba lần là đủ kết luận tứ giác là hình chữ nhật; đo lần thứ tư là thừa.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Dùng Cách 2 khi thực hành: đo ít hơn mà vẫn chắc chắn đúng nhờ Chú ý đã học.
Đáp số.Dùng ê-ke kiểm tra ba trong bốn góc của tứ giác; nếu cả ba góc đó đều vuông thì tứ giác là hình chữ nhật (góc còn lại tự động vuông theo Chú ý).
Sai lầm thường gặp.Một số bạn chỉ kiểm MỘT góc vuông rồi kết luận vội là hình chữ nhật — một tứ giác có đúng một góc vuông (chẳng hạn một số hình thang vuông) hoàn toàn không phải là hình chữ nhật.
🚀 Mở rộng.Nếu tứ giác quá lớn không áp ê-ke trực tiếp lên đỉnh được, có thể kiểm gián tiếp bằng cách dựng đường vuông góc tại mỗi đỉnh rồi so sánh với cạnh kia — bản chất vẫn là kiểm tra góc vuông.
Bài 9 · Bài 3.26★★Trang 66— Dùng compa để kiểm tra dấu hiệu nhận biết hình chữ nhật qua hai đường chéo
Bài 3.26 (trang 66). Bằng compa, nêu cách kiểm tra một tứ giác có là hình chữ nhật hay không. Giải thích kết quả.
Kiến thức cần nhớ
Hình chữ nhật có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (Định lí 1).
Tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình chữ nhật (Ví dụ 2).
Hình thang cân cũng có hai đường chéo bằng nhau — cần thêm điều kiện trung điểm để không nhầm lẫn.
🧠 Phân tích tư duy
Compa chỉ đo được khoảng cách (độ dài), không đo trực tiếp góc, nên phải chuyển bài toán "kiểm tra góc vuông" sang "kiểm tra độ dài" — dấu hiệu cần nhớ là Định lí 1 và Ví dụ 2: hình chữ nhật có hai đường chéo bằng nhau VÀ cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường. Bẫy của câu hỏi là chỉ kiểm "hai đường chéo bằng nhau" mà quên kiểm thêm điều kiện "cắt nhau tại trung điểm" — thiếu điều kiện này, tứ giác có hai đường chéo bằng nhau chưa chắc là hình chữ nhật (ví dụ hình thang cân cũng có hai đường chéo bằng nhau).
1Cách 1. Kiểm riêng hai điều kiện của Ví dụ 2
Định hướng. Dùng compa so sánh độ dài từng cặp đoạn thẳng liên quan tới hai đường chéo.
Dùng compa đo và so sánh AC với BD: nếu AC=BD thì hai đường chéo bằng nhau Gọi O là giao điểm hai đường chéo; dùng compa so sánh OA với OC, và OB với OD Nếu OA=OC và OB=OD thì O là trung điểm của cả hai đường chéo
Vậy khi cả hai điều kiện trên đều đúng, theo Ví dụ 2, tứ giác là hình chữ nhật.
2Cách 2. Gộp một lần đo bốn đoạn từ tâm O
Định hướng. Quay compa với đầu nhọn đặt tại giao điểm hai đường chéo để so sánh cùng lúc bốn đoạn.
Gọi O là giao điểm hai đường chéo; đặt đầu nhọn compa tại O, mở compa bằng OA Lần lượt kiểm xem đầu chì có đi đúng qua B, C, D hay không, tức so sánh OA=OB=OC=OD Nếu cả bốn khoảng cách bằng nhau thì vừa suy ra O là trung điểm mỗi đường chéo (OA=OC, OB=OD) vừa suy ra hai đường chéo bằng nhau (AC=BD=2OA)
Vậy gộp được cả hai điều kiện của Ví dụ 2 trong một phép so sánh bốn khoảng cách từ một tâm.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Cách 2 nhanh hơn khi thực hành: chỉ cần một lần đặt đầu nhọn compa tại O rồi quay so sánh bốn khoảng, thay vì đo riêng từng cặp như Cách 1.
Đáp số.Dùng compa kiểm tra: hai đường chéo bằng nhau (AC=BD) và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (OA=OC, OB=OD); đúng cả hai điều kiện thì tứ giác là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp.Chỉ kiểm "hai đường chéo bằng nhau" rồi kết luận ngay là hình chữ nhật — sai, vì hình thang cân cũng có hai đường chéo bằng nhau nhưng không cắt nhau tại trung điểm mỗi đường, nên không phải hình chữ nhật; phải kiểm đủ cả hai điều kiện của Ví dụ 2.
🚀 Mở rộng.Cách kiểm bằng compa này chính là ứng dụng ngược của Ví dụ 2 — một minh chứng cho thấy các định lí hình học không chỉ dùng để chứng minh mà còn dùng để kiểm tra thực hành.
Bài 10 · Bài 3.27★★★Trang 66— Dựng hình chữ nhật từ đường cao và trung điểm cạnh của tam giác bằng dấu hiệu đường chéo
Bài 3.27 (trang 66). Cho tam giác ABC, đường cao AH. Gọi M là trung điểm của AC, N là điểm sao cho M là trung điểm của HN. Chứng minh tứ giác AHCN là hình chữ nhật.
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường là hình bình hành (Bài 12, Định lí 3b).
Hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật (Định lí 2a).
AH là đường cao của tam giác ABC ứng với cạnh BC nên AH⊥BC, tức góc AHC=90∘.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho M là trung điểm của AC và N được dựng sao cho M cũng là trung điểm của HN — hai đoạn AC và HN có CHUNG trung điểm M, đây chính xác là dấu hiệu nhận biết hình bình hành bằng đường chéo (Bài 12, Định lí 3b) áp cho tứ giác AHCN (vì hai đường chéo của nó chính là AC và HN). Bước tiếp theo chỉ cần dùng sẵn góc vuông tại H (vì AH là đường cao) để kết luận bằng Định lí 2a. Bẫy của bài là không nhận ra AC, HN chính là hai ĐƯỜNG CHÉO của tứ giác AHCN (không phải cạnh), dễ đi lạc hướng.
1Cách 1. Qua dấu hiệu đường chéo rồi Định lí 2a
Định hướng. Nhận ra AC, HN là hai đường chéo của tứ giác AHCN, dùng dấu hiệu trung điểm chung rồi dùng góc vuông sẵn có.
Xét tứ giác AHCN, hai đường chéo của nó là AC và HN M là trung điểm AC (giả thiết) và M cũng là trung điểm HN (giả thiết) nên hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm chung M của mỗi đường Theo Định lí 3b (Bài 12), AHCN là hình bình hành AH là đường cao của tam giác ABC nên AH⊥BC; vì H, C cùng nằm trên BC nên AH⊥HC, tức góc AHC=90∘ Hình bình hành AHCN có một góc vuông tại H nên theo Định lí 2a, AHCN là hình chữ nhật
Vậy tứ giác AHCN là hình chữ nhật.
2Cách 2. Đối xứng tâm M và hai cạnh đối song song, bằng nhau
Định hướng. Dùng phép đối xứng tâm M (biến A↔C, H↔N) để chỉ ra một cặp cạnh đối song song và bằng nhau.
Vì M là trung điểm AC và cũng là trung điểm HN, phép đối xứng tâm M biến A↔C và H↔N Tam giác vuông AHC (vuông tại H) qua phép đối xứng tâm M biến thành tam giác CNA, suy ra CN=AH, CN\parallelAH (ảnh qua đối xứng tâm luôn song song và bằng đoạn gốc) Tứ giác AHCN có AH=CN và AH\parallelCN (một cặp cạnh đối song song và bằng nhau) nên là hình bình hành (Định lí 2b, Bài 12) Góc tại H bằng 90∘ (vì AH⊥BC) nên theo Định lí 2a, AHCN là hình chữ nhật
VậyAHCN là hình chữ nhật, khớp với Cách 1.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt B, C trên trục hoành, A tuỳ ý phía trên; chân đường cao H có cùng hoành độ với A, rồi tính toạ độ M, N theo công thức trung điểm.
Đặt B, C trên một đường thẳng nằm ngang, A ở phía trên; khi đó H (chân đường cao từ A) có cùng hoành độ với A vì AH⊥BC M là trung điểm AC; tính toạ độ M theo A, C; suy toạ độ N=2M−H theo công thức trung điểm Kiểm trực tiếp bằng toạ độ: AH thẳng đứng (cùng hoành độ A, H), HC nằm ngang (cùng tung độ H, C do cùng trên BC), và CN, NA cũng lần lượt thẳng đứng, nằm ngang do N=2M−H
Vậy bốn cạnh đôi một vuông góc từng cặp kề, AHCN là hình chữ nhật với mọi tam giác ABC, không riêng trường hợp cân.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chuẩn mực và nhanh nhất, đúng hai định lí vừa học trong bài (dấu hiệu đường chéo rồi Định lí 2a).
Đáp số.Tứ giác AHCN là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là dùng luôn "góc AHC=90∘" để kết luận ngay AHCN là hình chữ nhật, bỏ qua bước chứng minh AHCN là hình bình hành trước — một tứ giác có một góc vuông chưa chắc là hình chữ nhật nếu chưa biết nó là hình bình hành (Định lí 2a chỉ áp dụng CHO hình bình hành).
🚀 Mở rộng.Nếu thay giả thiết "M là trung điểm AC" bằng "M là một điểm bất kì trên AC" (không phải trung điểm) thì AHCN nói chung chỉ còn là một tứ giác có một góc vuông, không còn là hình chữ nhật vì hai đường chéo không còn cắt nhau tại trung điểm mỗi đường.
Bài 11 · Bài 3.28★★★★Trang 66— Nhận biết hình chữ nhật từ ba góc vuông (hình chiếu vuông góc) rồi dùng tính chất đường chéo bằng nhau để tìm cực trị khoảng cách
Bài 3.28 (trang 66). Xét một điểm M trên cạnh huyền của tam giác ABC vuông cân tại A. Gọi N và P lần lượt là hình chiếu vuông góc của M trên các cạnh AB và AC. a) Hỏi tứ giác MPAN là hình gì? b) Hỏi M ở vị trí nào thì đoạn thẳng NP có độ dài ngắn nhất? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
Nếu một tứ giác có ba góc vuông thì góc còn lại cũng vuông và tứ giác đó là hình chữ nhật (Chú ý, trang 64).
Trong hình chữ nhật, hai đường chéo bằng nhau (Định lí 1).
Khoảng cách ngắn nhất từ một điểm đến một đường thẳng là đoạn vuông góc hạ từ điểm đó xuống đường thẳng.
🧠 Phân tích tư duy
Phần a) cho sẵn ba góc vuông (góc A của tam giác, và hai góc chiếu vuông góc tại N, P) — dấu hiệu là dùng ngay Chú ý ở đầu bài (ba góc vuông thì góc thứ tư cũng vuông) để kết luận tứ giác là hình chữ nhật mà không cần xét gì thêm về góc M. Phần b) là bài toán cực trị khoảng cách — dấu hiệu để không phải khảo sát phức tạp là nhận ra NP chính là một ĐƯỜNG CHÉO của hình chữ nhật vừa tìm ở câu a), nên NP=AM (Định lí 1), đưa bài toán về "tìm M trên BC để AM ngắn nhất" — một bài cực trị khoảng cách điểm–đường thẳng quen thuộc. Bẫy của bài là không nhận ra liên hệ NP=AM, dễ đi tính NP trực tiếp bằng công thức phức tạp hơn nhiều.
1Cách 1. Dùng Chú ý (ba góc vuông) rồi Định lí 1 và tính chất tam giác cân
Định hướng. Câu a) đọc thẳng ba góc vuông có sẵn; câu b) quy NP về đường chéo AM rồi dùng tính chất đường cao đồng thời trung tuyến của tam giác cân.
a) Tứ giác MPAN có góc A=90∘ (tam giác vuông cân tại A); góc ANM=90∘ (vì N là hình chiếu vuông góc của M trên AB); góc APM=90∘ (vì P là hình chiếu vuông góc của M trên AC) — tứ giác có ba góc vuông nên theo Chú ý, góc còn lại tại M cũng vuông; vậy MPAN là hình chữ nhật b) Vì MPAN là hình chữ nhật, hai đường chéo AM và NP bằng nhau (Định lí 1): NP=AM NP ngắn nhất khi và chỉ khi AM ngắn nhất; với M chạy trên đoạn BC, khoảng cách AM ngắn nhất khi AM⊥BC, tức M trùng chân đường cao H hạ từ A Vì tam giác ABC vuông cân tại A nên đường cao AH đồng thời là đường trung tuyến (tính chất tam giác cân), tức H là trung điểm của BC
Vậy a) MPAN là hình chữ nhật; b) NP ngắn nhất khi M là trung điểm của BC, khi đó NPmin=AMmin bằng khoảng cách từ A đến BC.
2Cách 2. Toạ độ hoá và tối ưu đại số
Định hướng. Đặt A làm gốc, hai cạnh góc vuông theo hai trục; biểu diễn NP theo toạ độ M rồi tối ưu với ràng buộc M trên BC.
a) Đặt A=(0;0), AB dọc theo trục Oy, AC dọc theo trục Ox (vì góc A=90∘); với M=(xM;yM) thì N=(0;yM), P=(xM;0) — bốn điểm A(0;0), N(0;yM), M(xM;yM), P(xM;0) có các cạnh song song hai trục, là hình chữ nhật b) NP2=xM2+yM2=AM2 nên NP=AM; đặt AB=AC=a, chọn B=(0;a), C=(a;0) thì đường thẳng BC có phương trình xM+yM=a Với ràng buộc xM+yM=a, biểu thức xM2+yM2 nhỏ nhất khi xM=yM=2a (theo bất đẳng thức Cô-si hoặc do xM2+yM2=(2xM+yM)2⋅2+2(xM−yM)2 nhỏ nhất khi xM=yM), tức M là trung điểm BC; giá trị nhỏ nhất NPmin=AMmin=2a2
Vậy kết quả khớp với Cách 1: NP nhỏ nhất khi M là trung điểm BC.
3Cách 3. Đường vuông góc – đường xiên (thuần hình học)
Định hướng. Câu a) như Cách 1; câu b) dùng trực tiếp quan hệ đường vuông góc luôn ngắn hơn mọi đường xiên, không cần toạ độ.
a) Ba góc vuông tại A, N, P như Cách 1, theo Chú ý, MPAN là hình chữ nhật b) NP=AM (đường chéo hình chữ nhật, Định lí 1) Gọi H là chân đường vuông góc hạ từ A xuống BC; với mọi vị trí M trên BC khác H, đoạn AM là một đường XIÊN từ A đến BC, còn AH là đường VUÔNG GÓC Theo quan hệ đường vuông góc – đường xiên, đường vuông góc luôn ngắn hơn mọi đường xiên: AH<AM với mọi M=H; vì tam giác cân tại A nên H chính là trung điểm BC
VậyNP=AM nhỏ nhất khi M≡H là trung điểm BC, khớp với Cách 1, Cách 2.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nhận ra NP=AM qua đường chéo hình chữ nhật (Định lí 1) rồi dùng tính chất đường cao đồng thời trung tuyến trong tam giác cân — không cần toạ độ hay bất đẳng thức Cô-si.
Đáp số.a) Tứ giác MPAN là hình chữ nhật. b) NP ngắn nhất khi M là trung điểm của BC (chân đường cao từ A); khi đó NPmin=AMmin bằng khoảng cách từ A đến BC.
Sai lầm thường gặp.Ở câu b), nhiều bạn cố tính trực tiếp NP theo công thức lượng giác phức tạp mà không nhận ra NP chính là đường chéo AM của hình chữ nhật vừa chứng minh ở câu a) — bỏ qua liên hệ này khiến bài toán cực trị trở nên khó hơn hẳn mức cần thiết.
🚀 Mở rộng.Bài toán tổng quát hơn: nếu tam giác ABC vuông (không nhất thiết cân) tại A, kết luận MPAN vẫn là hình chữ nhật ở câu a); riêng câu b), M làm NP nhỏ nhất vẫn là chân đường cao từ A xuống BC, nhưng khi đó chân đường cao không còn là trung điểm BC nữa (chỉ đúng là trung điểm khi tam giác cân tại A).