Chương III. Tứ giác

Bài 13. Hình chữ nhật

SGK Toán 8 — Kết nối tri thức, tập 1 · 11 bài tập, mỗi câu ít nhất 2 cách giải.

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?
O
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 , của tứ giác cần tìm, gọi điểm gắn chung là .

Mỗi thanh được gắn tại trung điểm của chính nó nên là trung điểm của và cũng là trung điểm của
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên là hình bình hành
Hai thanh tre bằng nhau nghĩa là ; hình bình hành có hai đường chéo bằng nhau nên theo Định lí 2, 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 là trung điểm chung và hai thanh bằng nhau nên ; xét các tam giác cân tại để tính thẳng từng góc của tứ giác.

Đặt (bằng nửa mỗi thanh); đặt góc
Vì thẳng hàng nên góc và góc kề bù: góc
Tam giác cân tại nên góc ; tam giác cân tại nên góc
Góc tại đỉnh của tứ giác: góc góc góc
Lập luận tương tự cho các đỉnh , , (đổi vai trò góc ở tâm) đều cho kết quả

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 ; vì là trung điểm mỗi đường chéo nên , ; điều kiện hai thanh bằng nhau cho , rồi tính tích vô hướng để chỉ ra từng góc vuông.

Đặt là gốc, , là hai vectơ vị trí bất kỳ; vì là trung điểm và nên ,
Hai thanh bằng nhau:
, ; tích vô hướng (do )
Tích vô hướng bằng nghĩa là góc tại đỉnh 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?
ADCBa)ABCDb)ABCDc)
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 , , , 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 , ,
Theo Chú ý (hệ quả từ tổng bốn góc tứ giác bằng ), góc còn lại tại 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 có góc góc góc góc
Góc và góc kề cạnh , có góc góc (hai góc trong cùng phía bù nhau) nên
Góc và góc kề cạnh , có góc góc nên
Có đủ hai cặp cạnh đối song song nên là hình bình hành
Từ hình bình hành vừa có, (cạnh đối bằng nhau); mà đã có nên là hình thang với hai cạnh bên 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 là đường trung trực của trong hình chữ nhật ; vì bốn góc đều vuông, cũng vuông góc với tại trung điểm của , tức là trục đối xứng của tứ giác, biến ,
Vì và nên (cùng vuông góc một đường thẳng)
Phép đối xứng trục qua biến thành nên (ảnh của đoạn qua ) trở thành , suy
có và hai cạnh bên 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 . Hai đường chéo , cắt nhau tại . Kẻ (H.3.44). Chứng minh rằng là trung điểm của .
ABCDOH
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 là giao điểm hai đường chéo của hình chữ nhật và yêu cầu chứng minh chân đường vuông góc 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 , biến tam giác thành tam giác CÂN, từ đó (đường cao) chính là đường trung tuyến. Bẫy của bài là quên chứng minh 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 cân tại rồi dùng tính chất đường cao–trung tuyến.

Vì là hình chữ nhật nên hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (Định lí 1):
Tam giác có nên cân tại
(giả thiết) nên là đường cao của tam giác cân xuất phát từ đỉnh cân
Trong tam giác cân, đường cao từ đỉnh cân đồng thời là đường trung tuyến ứng với cạnh đáy, nên cũng là đường trung tuyến ứng với

Vậy là trung điểm của .

2Cách 2. Hai tam giác vuông bằng nhau (ch-cgv)

Định hướng. Xét hai tam giác vuông , có cạnh huyền bằng nhau và cạnh góc vuông chung.

(Định lí 1, như Cách 1)
Xét và vuông tại : là cạnh chung, là hai cạnh huyền bằng nhau
Suy ra (cạnh huyền – cạnh góc vuông)
Do đó (hai cạnh tương ứng)

Vậy , tức là trung điểm của .

3Cách 3. Toạ độ hoá

Định hướng. Đặt nằm trên trục hoành; vì nên có cùng hoành độ với , rồi tính hoành độ theo , .

Đặt , trên trục hoành (); vì là hình chữ nhật nên , với
là giao điểm hai đường chéo, cũng là trung điểm mỗi đường chéo (Định lí 1):
Vì (trục hoành) nên có cùng hoành độ với :
Hoành độ đúng bằng trung điểm của đoạn từ đến

Vậy là trung điểm của , 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. là trung điểm của .
Sai lầm thường gặp. Sai lầm hay gặp là khẳng định ngay " đi qua trung điểm vì nhìn cân đối" mà bỏ qua bước chứng minh (từ Định lí 1) — thiếu bước này thì tam giác 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 cách đều hai đầu mút của một đoạn thẳng, đường vuông góc kẻ từ 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 có góc vuông. Tính các góc , , . Tứ giác có là hình chữ nhật không? Vì sao?
ABCD
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 ) 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 . 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 , góc rồi quên tính riêng góc , trong khi góc phải suy từ "góc đối bằng góc " chứ không tự động theo hai góc kia.
1Cách 1. Dùng góc đối bằng nhau và kề bù

Định hướng. Từ góc , dùng hai tính chất góc của hình bình hành để suy thẳng ba góc còn lại.

Giả thiết: góc
là hình bình hành nên góc góc (góc đối bằng nhau)
Góc , góc kề cạnh nên bù nhau: góc
Tương tự góc , góc kề cạnh : góc

Vậy cả bốn góc đều vuông; theo định nghĩa, 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 .

Góc góc (góc đối của hình bình hành); góc góc (góc đối của hình bình hành)
Tổng bốn góc của tứ giác bằng : góc góc
Vì góc góc nên góc , suy góc , do đó góc

Vậy cả bốn góc đều ; 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.

(cạnh đối hình bình hành); tại (giả thiết góc ) nên , tức góc
(cạnh đối hình bình hành); tại nên , tức góc
Tổng bốn góc bằng : góc

Vậy cả bốn góc đều vuông, 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 góc góc ; tứ giác là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp. Một số bạn chỉ tính được góc , góc bằng cách kề bù rồi quên tính góc (hoặc tính thiếu căn cứ) — góc phải suy từ "góc đối bằng góc " (hoặc lặp lại kề bù với góc ), 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 có , hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường. Hỏi tứ giác là hình gì? Tại sao?
ABCDO
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 . Hướng tự nhiên là ghép hai dữ kiện: trước tiên suy ra 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.

là trung điểm của cả và (giả thiết) nên là hình bình hành (Định lí 3b, Bài 12)
Hình bình hành có góc (giả thiết)
Theo Định lí 2a, hình bình hành có một góc vuông là hình chữ nhật

Vậy là hình chữ nhật.

2Cách 2. Dùng trung tuyến ứng cạnh huyền rồi Ví dụ 2

Định hướng. Vì góc chính là góc của tam giác , dùng Nhận xét về trung tuyến ứng với cạnh huyền để suy rồi áp Ví dụ 2.

Xét tam giác vuông tại (vì góc ); là trung điểm (giả thiết) nên là trung tuyến ứng với cạnh huyền , do đó (Nhận xét, trang 64)
Mặt khác cũng là trung điểm (giả thiết) nên
Từ hai đẳng thức trên: , suy
Hai đường chéo và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (giả thiết) nên theo Ví dụ 2, là hình chữ nhật

Vậy 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 , chọn hai trục toạ độ dọc theo , rồi tính toạ độ từ điều kiện là trung điểm chung.

Đặt , trên trục hoành, trên trục tung (vì do góc )
là trung điểm :
cũng là trung điểm (giả thiết) nên
Bốn điểm , , , có các cạnh song song với hai trục toạ độ, từng cặp cạnh kề vuông góc nhau

Vậy 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 là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp. Sai lầm hay gặp là chỉ dùng góc rồi kết luận ngay là hình chữ nhật, bỏ qua việc chứng minh 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 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?
ABCDO
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 , , , và điểm gắn chung là , đối chiếu trực tiếp với giả thiết của Ví dụ 2.

Hai thanh tre chính là hai đường chéo , của tứ giác
Mỗi thanh được gắn tại trung điểm của chính nó, tức là trung điểm của cả và
Hai thanh tre bằng nhau, tức
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), 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.

là trung điểm của cả , nên là hình bình hành (Định lí 3b, Bài 12)
Hình bình hành có (hai thanh bằng nhau) nên theo Định lí 2b, 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 .

Vì là trung điểm chung và hai thanh bằng nhau nên (mỗi nửa thanh dài bằng nhau)
Với thẳng hàng, xét hai tam giác cân , tại : góc góc (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 ). 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 , , , 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 , ,
Nếu cả ba góc này đều vuông, theo Chú ý, góc còn lại tại 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 với : nếu thì hai đường chéo bằng nhau
Gọi là giao điểm hai đường chéo; dùng compa so sánh với , và với
Nếu và thì 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 là giao điểm hai đường chéo; đặt đầu nhọn compa tại , mở compa bằng
Lần lượt kiểm xem đầu chì có đi đúng qua , , hay không, tức so sánh
Nếu cả bốn khoảng cách bằng nhau thì vừa suy ra là trung điểm mỗi đường chéo (, ) vừa suy ra hai đường chéo bằng nhau ()

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 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 () và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường (, ); 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 , đường cao . Gọi là trung điểm của , là điểm sao cho là trung điểm của . Chứng minh tứ giác là hình chữ nhật.
ABHCMN
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).
  • là đường cao của tam giác ứng với cạnh nên , tức góc .
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho là trung điểm của và được dựng sao cho cũng là trung điểm của — hai đoạn và có CHUNG trung điểm , đây chính xác là dấu hiệu nhận biết hình bình hành bằng đường chéo (Bài 12, Định lí 3b) áp cho tứ giác (vì hai đường chéo của nó chính là và ). Bước tiếp theo chỉ cần dùng sẵn góc vuông tại (vì là đường cao) để kết luận bằng Định lí 2a. Bẫy của bài là không nhận ra , chính là hai ĐƯỜNG CHÉO của tứ giác (không phải cạnh), dễ đi lạc hướng.
1Cách 1. Qua dấu hiệu đường chéo rồi Định lí 2a

Định hướng. Nhận ra , là hai đường chéo của tứ giác , dùng dấu hiệu trung điểm chung rồi dùng góc vuông sẵn có.

Xét tứ giác , hai đường chéo của nó là và
là trung điểm (giả thiết) và cũng là trung điểm (giả thiết) nên hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm chung của mỗi đường
Theo Định lí 3b (Bài 12), là hình bình hành
là đường cao của tam giác nên ; vì , cùng nằm trên nên , tức góc
Hình bình hành có một góc vuông tại nên theo Định lí 2a, là hình chữ nhật

Vậy tứ giác 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 (biến , ) để chỉ ra một cặp cạnh đối song song và bằng nhau.

Vì là trung điểm và cũng là trung điểm , phép đối xứng tâm biến và
Tam giác vuông (vuông tại ) qua phép đối xứng tâm biến thành tam giác , suy ra , (ảnh qua đối xứng tâm luôn song song và bằng đoạn gốc)
Tứ giác có và (một cặp cạnh đối song song và bằng nhau) nên là hình bình hành (Định lí 2b, Bài 12)
Góc tại bằng (vì ) nên theo Định lí 2a, là hình chữ nhật

Vậy là hình chữ nhật, khớp với Cách 1.

3Cách 3. Toạ độ hoá

Định hướng. Đặt , trên trục hoành, tuỳ ý phía trên; chân đường cao có cùng hoành độ với , rồi tính toạ độ , theo công thức trung điểm.

Đặt , trên một đường thẳng nằm ngang, ở phía trên; khi đó (chân đường cao từ ) có cùng hoành độ với vì
là trung điểm ; tính toạ độ theo , ; suy toạ độ theo công thức trung điểm
Kiểm trực tiếp bằng toạ độ: thẳng đứng (cùng hoành độ , ), nằm ngang (cùng tung độ , do cùng trên ), và , cũng lần lượt thẳng đứng, nằm ngang do

Vậy bốn cạnh đôi một vuông góc từng cặp kề, là hình chữ nhật với mọi tam giác , 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 là hình chữ nhật.
Sai lầm thường gặp. Sai lầm hay gặp là dùng luôn "góc " để kết luận ngay là hình chữ nhật, bỏ qua bước chứng minh 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 " là trung điểm " bằng " là một điểm bất kì trên " (không phải trung điểm) thì 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 trên cạnh huyền của tam giác vuông cân tại . Gọi và lần lượt là hình chiếu vuông góc của trên các cạnh và .
a) Hỏi tứ giác là hình gì?
b) Hỏi ở vị trí nào thì đoạn thẳng có độ dài ngắn nhất? Vì sao?
BACMNP
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 của tam giác, và hai góc chiếu vuông góc tại , ) — 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 . Phần b) là bài toán cực trị khoảng cách — dấu hiệu để không phải khảo sát phức tạp là nhận ra chính là một ĐƯỜNG CHÉO của hình chữ nhật vừa tìm ở câu a), nên (Định lí 1), đưa bài toán về "tìm trên để ngắn nhất" — một bài cực trị khoảng cách điểm–đường thẳng quen thuộc. Bẫy của bài là không nhận ra liên hệ , dễ đi tính 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 về đường chéo rồi dùng tính chất đường cao đồng thời trung tuyến của tam giác cân.

a) Tứ giác có góc (tam giác vuông cân tại ); góc (vì là hình chiếu vuông góc của trên ); góc (vì là hình chiếu vuông góc của trên ) — tứ giác có ba góc vuông nên theo Chú ý, góc còn lại tại cũng vuông; vậy là hình chữ nhật
b) Vì là hình chữ nhật, hai đường chéo và bằng nhau (Định lí 1):
ngắn nhất khi và chỉ khi ngắn nhất; với chạy trên đoạn , khoảng cách ngắn nhất khi , tức trùng chân đường cao hạ từ
Vì tam giác vuông cân tại nên đường cao đồng thời là đường trung tuyến (tính chất tam giác cân), tức là trung điểm của

Vậy a) là hình chữ nhật; b) ngắn nhất khi là trung điểm của , khi đó bằng khoảng cách từ đến .

2Cách 2. Toạ độ hoá và tối ưu đại số

Định hướng. Đặt làm gốc, hai cạnh góc vuông theo hai trục; biểu diễn theo toạ độ rồi tối ưu với ràng buộc trên .

a) Đặt , dọc theo trục , dọc theo trục (vì góc ); với thì , — bốn điểm , , , có các cạnh song song hai trục, là hình chữ nhật
b) nên ; đặt , chọn , thì đường thẳng có phương trình
Với ràng buộc , biểu thức nhỏ nhất khi (theo bất đẳng thức Cô-si hoặc do nhỏ nhất khi ), tức là trung điểm ; giá trị nhỏ nhất

Vậy kết quả khớp với Cách 1: nhỏ nhất khi là trung điểm .

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 , , như Cách 1, theo Chú ý, là hình chữ nhật
b) (đường chéo hình chữ nhật, Định lí 1)
Gọi là chân đường vuông góc hạ từ xuống ; với mọi vị trí trên khác , đoạn là một đường XIÊN từ đến , còn là đường VUÔNG GÓC
Theo quan hệ đường vuông góc – đường xiên, đường vuông góc luôn ngắn hơn mọi đường xiên: với mọi ; vì tam giác cân tại nên chính là trung điểm

Vậy nhỏ nhất khi là trung điểm , khớp với Cách 1, Cách 2.

⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1: nhận ra 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 là hình chữ nhật. b) ngắn nhất khi là trung điểm của (chân đường cao từ ); khi đó bằng khoảng cách từ đến .
Sai lầm thường gặp. Ở câu b), nhiều bạn cố tính trực tiếp theo công thức lượng giác phức tạp mà không nhận ra chính là đường chéo 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 vuông (không nhất thiết cân) tại , kết luận vẫn là hình chữ nhật ở câu a); riêng câu b), làm nhỏ nhất vẫn là chân đường cao từ xuống , nhưng khi đó chân đường cao không còn là trung điểm nữa (chỉ đúng là trung điểm khi tam giác cân tại ).