Bài 1 · Bài 3.39★★Trang 74— Nhận biết đúng/sai về góc tù trong tứ giác qua tổng bốn góc bằng 360°
Bài 3.39 (trang 74). Trong các khẳng định sau, khẳng định nào đúng? A. Không có tứ giác nào mà không có góc tù. B. Nếu tứ giác có ba góc nhọn thì góc còn lại là góc tù. C. Nếu tứ giác có hai góc tù thì hai góc còn lại phải nhọn. D. Không có tứ giác nào có ba góc tù.
Kiến thức cần nhớ
Tổng bốn góc trong một tứ giác (lồi) bằng 360°.
Góc nhọn nhỏ hơn 90°; góc tù lớn hơn 90° và nhỏ hơn 180°.
🧠 Phân tích tư duy
Bốn mệnh đề đều xoay quanh khái niệm góc tù trong tứ giác — dấu hiệu để dùng ngay tính chất tổng bốn góc của một tứ giác bằng 360°. Với mệnh đề khẳng định luôn đúng (B) nên chứng minh bằng suy luận tổng quát trên bất đẳng thức góc; với các mệnh đề nghi ngờ sai (A, C, D) nên tìm ngay một phản ví dụ cụ thể để bác bỏ, nhanh hơn hẳn so với việc cố chứng minh chúng đúng. Bẫy hay gặp là nhầm 'không nhọn' (tức ≥90°) với 'tù' (phải lớn hơn 90° hẳn).
1Cách 1. Suy luận trực tiếp bằng bất đẳng thức tổng góc
Định hướng. Xét riêng khẳng định B bằng cách cộng ba bất đẳng thức góc nhọn; với A, C, D chỉ cần một tứ giác cụ thể làm phản ví dụ.
Giả sử tứ giác có ba góc nhọn, tức mỗi góc trong ba góc đó đều nhỏ hơn 90° Cộng ba bất đẳng thức cùng chiều: tổng ba góc đó nhỏ hơn 90°×3=270° Vì tổng bốn góc của tứ giác bằng 360° nên góc còn lại lớn hơn 360°−270°=90°, tức là góc tù — khẳng định B đúng Hình chữ nhật có bốn góc đều bằng 90°, không góc nào là góc tù — khẳng định A sai Tứ giác ABCD với A=100°, B=100°, C=90°, D=70° (tổng =360°) có hai góc tù nhưng góc còn lại C=90° không phải góc nhọn — khẳng định C sai Tứ giác MNPQ với M=100°, N=110°, P=120°, Q=30° (tổng =360°) có ba góc tù — khẳng định D sai
Vậy khẳng định đúng là phương án B.
2Cách 2. Phản chứng cho khẳng định B, loại trừ bằng phản ví dụ cho A, C, D
Định hướng. Thay vì suy luận thuận, giả sử điều cần chứng minh là sai rồi chỉ ra mâu thuẫn với giả thiết tổng góc — cách lập luận khác bản chất với Cách 1.
Giả sử tứ giác có ba góc nhọn mà góc còn lại KHÔNG phải góc tù, tức góc đó nhỏ hơn hoặc bằng 90° Khi đó tổng bốn góc nhỏ hơn 90°×3+90°=360° (vì ba góc nhọn đều nhỏ hơn 90° một cách nghiêm ngặt) Điều này mâu thuẫn với tổng bốn góc của tứ giác luôn bằng đúng 360° Vậy điều giả sử là sai, suy ra góc còn lại chắc chắn là góc tù — khẳng định B đúng Với A, C, D: thử trực tiếp bằng các tứ giác cụ thể ở Cách 1 (hình chữ nhật; 100°,100°,90°,70°; 100°,110°,120°,30°) đều cho kết quả các khẳng định này sai
Vậy khẳng định đúng là phương án B.
3Cách 3. Xét tổng quát số góc tù có thể có trong một tứ giác
Định hướng. Nhận xét tổng quát: một tứ giác có thể có 0,1,2 hoặc 3 góc tù nhưng không thể có đúng 4 góc tù — từ nhận xét này suy ra ngay cả bốn phương án cùng lúc.
Nếu cả bốn góc đều tù (đều lớn hơn 90°) thì tổng bốn góc lớn hơn 360°, vô lí vì tổng luôn bằng 360° — vậy tứ giác có nhiều nhất 3 góc tù, đồng thời tứ giác có đúng 3 góc tù là có thể xảy ra (ví dụ 100°,110°,120°,30°) nên D sai Tứ giác có 2 góc tù thì hai góc còn lại có tổng nhỏ hơn 360°−90°×2=180°, nhưng tổng nhỏ hơn 180° không bắt buộc cả hai đều nhỏ hơn 90° (chẳng hạn 100° và 70° có tổng 170°<180° mà 100° không nhọn) nên C sai Tứ giác có 0 góc tù (như hình chữ nhật) là có thể xảy ra nên A sai Riêng trường hợp 3 góc nhọn thì góc thứ tư luôn lớn hơn 360°−270°=90°, tức luôn tù, không có ngoại lệ — B đúng
Vậy khẳng định đúng là phương án B.
Nhận xét. Cách 3 cho một cái nhìn tổng quát về mọi khả năng số góc tù trong tứ giác, giúp loại cả bốn phương án chỉ bằng một bảng lập luận duy nhất.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần một bất đẳng thức cộng ba góc nhọn là chứng minh xong B, còn ba phương án kia bác bỏ bằng phản ví dụ quen thuộc (hình chữ nhật; 100°,100°,90°,70°; 100°,110°,120°,30°) — nhanh hơn nhiều so với lập bảng tổng quát như Cách 3.
Đáp số.Khẳng định đúng là phương án B.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn nhầm 'không nhọn' với 'tù', tưởng góc còn lại chỉ cần ≥90° là đủ để nói tù, rồi lo lắng trường hợp góc đó đúng bằng 90°; thực ra vì ba góc nhọn đều nhỏ hơn 90° một cách NGHIÊM NGẶT nên tổng ba góc nhỏ hơn 270° thật sự, kéo theo góc còn lại lớn hơn 90° thật sự — luôn là góc tù, không thể là góc vuông.
🚀 Mở rộng.Cùng lối lập luận, nếu tứ giác có hai góc nhọn thì hai góc còn lại có tổng lớn hơn 180° nhưng không suy ra được cả hai đều tù — đây chính là lý do khẳng định C chỉ cần một phản ví dụ cụ thể là đủ bác bỏ.
Bài 2 · Bài 3.40★★Trang 74— Đối chiếu đúng/sai với dấu hiệu nhận biết hình bình hành, hình chữ nhật, hình thoi
Bài 3.40 (trang 74). Trong các khẳng định sau, khẳng định nào đúng? Khẳng định nào sai? a) Tứ giác có hai đường chéo bằng nhau là hình bình hành. b) Tứ giác có hai cặp cạnh bằng nhau là hình bình hành. c) Tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật. d) Tứ giác có ba cạnh bằng nhau là hình thoi.
Kiến thức cần nhớ
Dấu hiệu nhận biết hình bình hành: tứ giác có các cặp cạnh đối bằng nhau (từng đôi một) là hình bình hành.
Dấu hiệu nhận biết hình chữ nhật: tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật.
Dấu hiệu nhận biết hình thoi: tứ giác có bốn cạnh bằng nhau là hình thoi.
Hình thang cân cũng có hai đường chéo bằng nhau nên riêng điều đó chưa đủ để kết luận hình bình hành.
🧠 Phân tích tư duy
Mỗi ý có dạng 'tứ giác có tính chất X là hình Y' — dấu hiệu để đối chiếu X với đúng bảng dấu hiệu nhận biết đã học (hình bình hành, hình chữ nhật, hình thoi). Ý nào X không khớp chính xác dấu hiệu chuẩn thì cần dựng một tứ giác cụ thể làm phản ví dụ thay vì chỉ đoán theo cảm tính. Bẫy nằm ở ý b): 'hai cặp cạnh bằng nhau' khác hẳn 'hai cặp cạnh ĐỐI bằng nhau' — thiếu đúng một chữ mà đổi hẳn kết luận.
1Cách 1. Đối chiếu trực tiếp với bảng dấu hiệu nhận biết
Định hướng. So từng ý với đúng câu chữ của dấu hiệu nhận biết đã học; ý nào đúng dấu hiệu thì giữ, ý nào lệch (thiếu chữ, đổi số lượng) thì tìm phản ví dụ bác bỏ.
Ý a): hình thang cân cũng có hai đường chéo bằng nhau mà không phải hình bình hành, nên riêng 'hai đường chéo bằng nhau' chưa đủ — ý a) sai Ý b): dấu hiệu đúng là 'hai cặp CẠNH ĐỐI bằng nhau'; còn 'hai cặp cạnh bằng nhau' không nói rõ đối hay kề có thể là hai cặp cạnh KỀ bằng nhau (hình cánh diều), không phải hình bình hành — ý b) sai Ý c): tứ giác có ba góc vuông thì góc còn lại bằng 360°−90°×3=90°, đủ bốn góc vuông nên là hình chữ nhật — ý c) đúng Ý d): tứ giác có ba cạnh bằng nhau chưa chắc cạnh thứ tư cũng bằng, nên chưa đủ bốn cạnh bằng nhau để là hình thoi — ý d) sai
Vậy ý c) đúng; các ý a), b), d) sai.
2Cách 2. Dựng phản ví dụ cụ thể bằng toạ độ
Định hướng. Thay vì chỉ gọi tên hình phản ví dụ, dựng hẳn toạ độ cụ thể để kiểm chứng bằng số — cách làm trực quan, khác bản chất so với việc chỉ đối chiếu câu chữ ở Cách 1.
Ý a): tứ giác A(−2;0), B(2;0), C(1;2), D(−1;2) có AC=9+4=13, BD=9+4=13 (hai đường chéo bằng nhau) nhưng AB=4=CD=2 nên không phải hình bình hành — ý a) sai Ý b): tứ giác A(0;3), B(−2;0), C(0;−1), D(2;0) có AB=AD=13 và CB=CD=5 (hai cặp cạnh KỀ bằng nhau) nhưng đây là hình cánh diều, không phải hình bình hành — ý b) sai Ý c): tính trực tiếp góc còn lại bằng 90° như Cách 1 — ý c) đúng Ý d): hình thang cân có đáy lớn 4, hai cạnh bên và đáy nhỏ đều bằng 2 có ba cạnh bằng nhau nhưng cạnh thứ tư (đáy lớn) khác — ý d) sai
Vậy ý c) đúng; các ý a), b), d) sai.
3Cách 3. Đối chiếu với danh sách đầy đủ dấu hiệu gốc
Định hướng. Liệt kê đủ các dấu hiệu nhận biết gốc của từng loại hình rồi kiểm tra ý cho có nằm đúng trong danh sách đó không — cách loại suy có hệ thống, khác hai cách trên.
Năm dấu hiệu nhận biết hình bình hành: các cạnh đối song song; các cạnh đối bằng nhau; một cặp cạnh đối song song và bằng nhau; các góc đối bằng nhau; hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường 'Hai đường chéo bằng nhau' (ý a) và 'hai cặp cạnh bằng nhau' không nói rõ đối/kề (ý b) đều KHÔNG có mặt trong năm dấu hiệu này — cả hai đều sai Bốn dấu hiệu nhận biết hình chữ nhật đều có 'tứ giác có ba góc vuông' — ý c) đúng Bốn dấu hiệu nhận biết hình thoi đều yêu cầu đủ BỐN cạnh bằng nhau (hoặc xuất phát từ hình bình hành), không có dấu hiệu 'ba cạnh bằng nhau' — ý d) sai
Vậy ý c) đúng; các ý a), b), d) sai.
Nhận xét. Cách 3 là cách an toàn nhất khi không nhớ rõ phản ví dụ cụ thể, vì chỉ cần thuộc đúng bảng dấu hiệu.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần nhớ đúng câu chữ của từng dấu hiệu nhận biết và một phản ví dụ tên gọi quen thuộc (hình thang cân, hình cánh diều) là bác bỏ được ngay, không mất thời gian dựng toạ độ như Cách 2.
Đáp số.a) sai; b) sai; c) đúng; d) sai.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn đọc lướt ý b) 'hai cặp cạnh bằng nhau' rồi tưởng đó là dấu hiệu hình bình hành (vốn phải là 'hai cặp cạnh ĐỐI bằng nhau'), dẫn tới chọn sai; hình cánh diều (hai cặp cạnh KỀ bằng nhau) là phản ví dụ kinh điển cho lỗi này.
🚀 Mở rộng.Ý d) nếu đổi thành 'tứ giác có BỐN cạnh bằng nhau' thì lại là dấu hiệu ĐÚNG của hình thoi — chỉ khác đúng một chữ 'ba' hay 'bốn' mà kết luận đổi hẳn, nên khi làm trắc nghiệm đúng/sai luôn phải đếm đúng số lượng trong giả thiết.
Bài 3 · Bài 3.41★★★Trang 74— Đối chiếu đúng/sai các dấu hiệu ghép hai điều kiện để nhận biết hình chữ nhật, hình bình hành, hình thang cân
Bài 3.41 (trang 74). Trong các khẳng định sau, khẳng định nào đúng? Khẳng định nào sai? a) Tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và hai cạnh đối nào cũng bằng nhau là hình chữ nhật. b) Tứ giác có hai cạnh đối nào cũng bằng nhau là hình bình hành. c) Tứ giác có hai cạnh song song và hai đường chéo bằng nhau là hình thang cân. d) Tứ giác có hai cạnh song song và hai cạnh còn lại bằng nhau là hình bình hành.
Kiến thức cần nhớ
Hình bình hành có hai đường chéo bằng nhau là hình chữ nhật.
Tứ giác có hai cặp cạnh đối bằng nhau là hình bình hành.
Hình thang có hai đường chéo bằng nhau là hình thang cân.
🧠 Phân tích tư duy
Mỗi ý ghép HAI điều kiện — dấu hiệu để suy luận hai bước: bước 1 dùng điều kiện thứ nhất suy ra hình trung gian (hình bình hành hoặc hình thang), bước 2 dùng điều kiện thứ hai để nâng cấp thành hình đặc biệt hơn (hình chữ nhật hoặc hình thang cân). Bẫy ở ý d): 'hai cạnh song song và hai cạnh còn lại bằng nhau' không bắt buộc hai cạnh song song đó là MỘT CẶP CẠNH ĐỐI, vì hình thang (không cân) cũng thoả mãn mà không phải hình bình hành.
1Cách 1. Suy luận hai bước theo đúng dấu hiệu nhận biết
Định hướng. Với mỗi ý, xác định hình trung gian từ điều kiện thứ nhất rồi kiểm tra điều kiện thứ hai có đúng là điều kiện nâng cấp hay không.
Ý a): tứ giác có hai cạnh đối nào cũng bằng nhau là hình bình hành (dấu hiệu 2); hình bình hành có thêm hai đường chéo bằng nhau là hình chữ nhật — ý a) đúng Ý b): tứ giác có hai cặp cạnh đối bằng nhau chính là dấu hiệu nhận biết hình bình hành — ý b) đúng Ý c): tứ giác có hai cạnh song song là hình thang; hình thang có thêm hai đường chéo bằng nhau là hình thang cân — ý c) đúng Ý d): tứ giác có một cặp cạnh song song (giả sử AB∥CD) và AD=BC nhưng AD không song song BC chỉ là hình thang có hai cạnh bên bằng nhau (hình thang cân, không phải hình bình hành, vì hình bình hành đòi hỏi CẢ HAI cặp cạnh đối song song) — ý d) sai
Vậy các ý a), b), c) đúng; ý d) sai.
2Cách 2. Minh hoạ bằng ví dụ toạ độ cụ thể
Định hướng. Dựng số liệu cụ thể cho từng trường hợp để kiểm chứng bằng tính toán trực tiếp, đặc biệt dùng một phản ví dụ rõ ràng để bác bỏ ý d).
Xét tứ giác ABCD với A(0;0), B(4;0), C(3;2), D(1;2): có AB∥CD (AB, CD đều nằm ngang) và AD=1+4=5, BC=1+4=5 nên AD=BC, nhưng AB=4=CD=2 Đây là một hình thang cân (hai cạnh bên AD, BC bằng nhau) chứ không phải hình bình hành, vì hình bình hành bắt buộc AB=CD (cặp cạnh đối song song phải bằng nhau) — đúng là phản ví dụ cho ý d) Với a), b), c): kiểm bằng chính hình chữ nhật, hình bình hành, hình thang cân mẫu đã học đều thoả mãn hai bước như Cách 1
Vậy các ý a), b), c) đúng; ý d) sai.
3Cách 3. Liên hệ với kết quả đã chứng minh ở Bài 3.42
Định hướng. Ý a) thực chất là hệ quả trực tiếp của Bài 3.42 (đã chứng minh: hai đường chéo bằng nhau và một cặp cạnh đối bằng nhau ⇒ hình thang cân); khi hình thang cân đó có thêm cặp cạnh đối còn lại cũng bằng nhau thì trở thành hình bình hành, mà hình bình hành có hai đường chéo bằng nhau là hình chữ nhật.
Theo Bài 3.42: tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và một cặp cạnh đối bằng nhau là hình thang cân Ở ý a), tứ giác có CẢ HAI cặp cạnh đối bằng nhau (mạnh hơn giả thiết Bài 3.42) nên trước hết là hình bình hành (dấu hiệu 2) Hình bình hành này lại có hai đường chéo bằng nhau (giả thiết) nên là hình chữ nhật — ý a) đúng, khớp kết quả Cách 1 Các ý b), c), d) xét như Cách 1
Vậy các ý a), b), c) đúng; ý d) sai.
Nhận xét. Việc liên hệ ngược với bài toán đã chứng minh trước đó giúp kiểm chứng chéo kết quả mà không cần suy luận lại từ đầu.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần thuộc đúng các dấu hiệu nhận biết hai bước, không mất thời gian dựng toạ độ; ý d) nhớ kỹ phản ví dụ hình thang có hai cạnh bên bằng nhau để tránh nhầm với hình bình hành.
Đáp số.a) đúng; b) đúng; c) đúng; d) sai.
Sai lầm thường gặp.Ở ý d), nhiều bạn thấy 'hai cạnh song song' và 'hai cạnh còn lại bằng nhau' liền nghĩ ngay tới hình bình hành (nhầm với dấu hiệu 'một cặp cạnh đối song song VÀ BẰNG NHAU'); thực ra đề chỉ cho hai cạnh còn lại bằng nhau chứ không nói chúng có song song hay không, nên chưa đủ điều kiện.
🚀 Mở rộng.Ý c) chính là dấu hiệu nhận biết hình thang cân đã học ở Bài 11; nếu đổi giả thiết 'hai đường chéo bằng nhau' thành 'hai góc kề một đáy bằng nhau' thì kết luận hình thang cân vẫn đúng, vì đó là dấu hiệu thứ hai của hình thang cân.
Bài 4 · Bài 3.42★★★Trang 74— Chứng minh tứ giác là hình thang cân từ điều kiện đường chéo và cạnh đối bằng nhau
Bài 3.42 (trang 74). Chứng minh rằng nếu tứ giác có hai đường chéo bằng nhau và một cặp cạnh đối bằng nhau thì tứ giác đó là một hình thang cân.
Kiến thức cần nhớ
Trường hợp bằng nhau cạnh-cạnh-cạnh (c.c.c) của tam giác.
Hai góc so le trong bằng nhau thì hai đường thẳng song song.
Dấu hiệu nhận biết hình thang cân: hình thang có hai đường chéo bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Giả thiết cho AC=BD (hai đường chéo) và AD=BC (một cặp cạnh đối) cùng với cạnh chung CD — dấu hiệu để ghép thành hai tam giác bằng nhau theo trường hợp cạnh-cạnh-cạnh, từ đó lấy được các góc bằng nhau cần thiết. Hướng tự nhiên là chứng minh AB∥CD trước (để có hình thang) rồi dùng chính giả thiết AC=BD để kết luận hình thang đó cân, thay vì đoán hình dạng ngay từ đầu.
1Cách 1. Tam giác bằng nhau và hai tam giác cân có góc ở đỉnh đối đỉnh
Định hướng. Ghép ΔACD và ΔBDC (chung cạnh CD) để lấy góc bằng nhau ở đáy CD, từ đó chỉ ra O (giao điểm hai đường chéo) cách đều A,B và cách đều C,D; hai tam giác cân OAB, OCD có góc ở đỉnh đối đỉnh nên bằng nhau, kéo theo góc đáy bằng nhau và có cặp so le trong.
Xét ΔACD và ΔBDC có: CD chung, AC=BD (giả thiết), AD=BC (giả thiết) Do đó ΔACD=ΔBDC (c.c.c), suy ra ACD=BDC (hai góc tương ứng) Gọi O là giao điểm của AC và BD; vì OCD=ACD và ODC=BDC nên OCD=ODC, suy ra ΔOCD cân tại O, tức OC=OD Mà OA=AC−OC, OB=BD−OD, kết hợp AC=BD và OC=OD suy ra OA=OB, tức ΔOAB cũng cân tại O Hai tam giác cân OAB, OCD có góc ở đỉnh AOB=COD (hai góc đối đỉnh) nên có cùng góc đáy: OAB=OBA=2180°−AOB=2180°−COD=OCD=ODC OAB=OCD là cặp góc so le trong của hai đường thẳng AB, CD cắt bởi cát tuyến AC, suy ra AB∥CD, tức ABCD là hình thang Hình thang ABCD (đáy AB, CD) lại có AC=BD (giả thiết) nên theo dấu hiệu đã học, đó là hình thang cân
Vậy tứ giác ABCD có hai đường chéo bằng nhau và một cặp cạnh đối bằng nhau là hình thang cân.
2Cách 2. Toạ độ hoá tổng quát
Định hướng. Đặt hệ trục với A,B trên trục hoành (luôn làm được với mọi đoạn thẳng AB), biến hai giả thiết độ dài thành hai phương trình đại số cho toạ độ của C,D — khác bản chất với Cách 1 vì dùng đại số thay cho tổng hợp hình học.
Đặt A(0;0), B(p;0) với p=AB>0; gọi D(d1;d2), C(c1;c2) với c2,d2 cùng dấu (vì C,D cùng phía với AB) AD=BC⇔d12+d22=(c1−p)2+c22 (1); AC=BD⇔c12+c22=(d1−p)2+d22 (2) Cộng và trừ hợp lí (1), (2) rồi rút gọn được p=c1+d1; thay lại vào (1) được d12+d22=(c1−c1−d1)2+c22=d12+c22, suy ra d22=c22 Vì c2,d2 cùng dấu (cùng phía trên AB) nên d22=c22⇔d2=c2, tức C,D có cùng tung độ C,D cùng tung độ nghĩa là đường thẳng CD song song với trục hoành, tức song song với AB — vậy ABCD là hình thang (đáy AB, CD) Hình thang này có thêm AC=BD (giả thiết) nên là hình thang cân theo đúng dấu hiệu đã học
Vậy tứ giác ABCD là hình thang cân.
3Cách 3. Định lí côsin và khoảng cách tới đường thẳng AB
Định hướng. Dùng định lí côsin trong hai tam giác chung cạnh AB để so sánh trực tiếp hai góc A, B của tứ giác, rồi suy ra C,D cách đều đường thẳng AB — một hướng lượng giác khác hẳn hai cách trên.
Đặt AB=c, AD=BC=m (giả thiết), DAB=α, CBA=β Trong ΔABD: BD2=c2+m2−2cmcosα (định lí côsin); trong ΔABC: AC2=c2+m2−2cmcosβ Giả thiết AC=BD nên AC2=BD2, suy ra cosα=cosβ, mà α,β∈(0°;180°) nên α=β Gọi H,K lần lượt là chân đường vuông góc hạ từ D,C xuống đường thẳng AB: DH=ADsinα, CK=BCsinβ Vì AD=BC=m và α=β nên DH=CK, tức D,C cách đều đường thẳng AB, suy ra CD∥AB Vậy ABCD là hình thang (đáy AB, CD), lại có AC=BD nên là hình thang cân
Vậy tứ giác ABCD là hình thang cân.
Nhận xét. Cả ba cách đều quy về cùng một mấu chốt: hai đỉnh C,D cách đều đường thẳng AB — chỉ khác công cụ chứng minh điều đó (tam giác cân, toạ độ, hay lượng giác).
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ dùng tam giác bằng nhau và tính chất tam giác cân, không cần đặt hệ trục hay định lí côsin, phù hợp trình bày chứng minh hình học thuần tuý ở lớp 8.
Đáp số.Tứ giác đã cho là một hình thang cân (đáy là hai cạnh không được cho bằng nhau, hai cạnh bên là cặp cạnh đối bằng nhau).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn vội kết luận ABCD là hình bình hành ngay khi thấy AD=BC (một cặp cạnh đối bằng nhau) mà quên rằng hình bình hành cần CẢ HAI cặp cạnh đối bằng nhau (hoặc song song); ở đây chỉ có một cặp cạnh đối bằng nhau nên kết quả đúng chỉ là hình thang cân, không phải hình bình hành.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi giả thiết 'một cặp cạnh đối bằng nhau' thành 'hai cặp cạnh đối bằng nhau' thì tứ giác sẽ là hình bình hành trước (theo dấu hiệu 2), và khi hình bình hành đó có thêm hai đường chéo bằng nhau thì trở thành hình chữ nhật — đây chính là ý a) của Bài 3.41.
Bài 5 · Bài 3.43★★★Trang 74— Nhận biết hình bình hành mới dựng từ hình bình hành cho trước và tính góc trong trường hợp đặc biệt
Bài 3.43 (trang 74). Cho hình bình hành ABCD. Lấy điểm P trên tia AB sao cho AP=2AB. a) Tứ giác BPCD có phải là hình bình hành không? Tại sao? b) Khi tam giác ABD vuông cân tại A, hãy tính số đo các góc của tứ giác BPCD.
Kiến thức cần nhớ
Dấu hiệu nhận biết hình bình hành: tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Trong hình bình hành, các góc đối bằng nhau và hai góc kề một cạnh bù nhau.
Hai góc kề bù có tổng số đo bằng 180°.
🧠 Phân tích tư duy
AP=2AB với P trên tia AB là dấu hiệu để nhận ra B là trung điểm của AP, tức AB=BP — kết hợp với tính chất AB=CD, AB∥CD của hình bình hành gốc sẽ cho ngay BP=CD và BP∥CD, đúng dấu hiệu nhận biết hình bình hành. Ở ý b), tam giác vuông cân cho ngay hai góc 45°, chỉ cần dùng quan hệ góc kề bù để suy ra các góc còn lại của BPCD.
1Cách 1. Dùng dấu hiệu một cặp cạnh đối song song và bằng nhau
Định hướng. Từ AP=2AB suy ra B là trung điểm AP, ghép với tính chất hình bình hành gốc ABCD để có BP=CD và BP∥CD.
Vì P thuộc tia AB và AP=2AB nên B nằm giữa A và P, đồng thời AB=BP=2AP Vì ABCD là hình bình hành nên AB∥CD, tức BP∥CD (vì B,P cùng nằm trên đường thẳng AB) Cũng vì ABCD là hình bình hành nên AB=CD; mà AB=BP (vừa chứng minh) nên BP=CD Tứ giác BPCD có BP∥CD và BP=CD nên theo dấu hiệu nhận biết, BPCD là hình bình hành
Vậy tứ giác BPCD là hình bình hành.
2Cách 2. Chứng minh hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường
Định hướng. Dùng dấu hiệu 5 (hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường) thay vì dấu hiệu cạnh đối ở Cách 1 — chọn A làm gốc vectơ vị trí để tính nhanh trung điểm hai đường chéo PD, BC của tứ giác BPCD.
Chọn A làm gốc, kí hiệu vectơ vị trí mỗi điểm bằng chính chữ cái của nó (nên A=0) Vì ABCD là hình bình hành nên C=B+D−A=B+D Vì P trên tia AB với AP=2AB nên P=2B Trung điểm của PD là 2P+D=22B+D=B+2D Trung điểm của BC là 2B+C=2B+(B+D)=B+2D Hai trung điểm này trùng nhau, tức hai đường chéo PD và BC của tứ giác BPCD cắt nhau tại trung điểm mỗi đường
Vậy tứ giác BPCD là hình bình hành, khớp kết quả Cách 1.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt toạ độ cho hình bình hành ABCD rồi tính trực tiếp toạ độ P, kiểm tra BPCD là hình bình hành bằng cách so sánh hai vectơ cạnh đối — cách làm đại số, khác hẳn hai cách trên.
Đặt A(0;0), B(b;0), D(d1;d2); vì ABCD là hình bình hành nên C=B+D−A=(b+d1;d2) P trên tia AB với AP=2AB nên P=2B−A=(2b;0) BP=P−B=(b;0); DC=C−D=(b;0) BP=DC nên tứ giác BPCD có một cặp cạnh đối (BP và DC) là hai vectơ bằng nhau, tức song song và bằng nhau — đúng dấu hiệu hình bình hành
Vậy tứ giác BPCD là hình bình hành.
Nhận xét. Cách 3 cho lời giải ngắn gọn nhất vì chỉ cần một phép trừ vectơ, không cần lập luận trung gian như hai cách trên.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần một câu 'B là trung điểm AP' và tính chất cạnh đối của hình bình hành gốc, trình bày ngắn gọn, không cần công cụ vectơ hay phép biến hình.
Đáp số.a) BPCD là hình bình hành. b) Các góc của tứ giác BPCD là 135°, 45°, 135°, 45° (lần lượt tại các đỉnh B, P, C, D).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn tính góc DBP nhầm bằng chính góc ABD=45° vì quên rằng ABD và DBP là hai góc KỀ BÙ (do A,B,P thẳng hàng), nên DBP=180°−45°=135° chứ không phải 45°.
🚀 Mở rộng.Nếu thay điều kiện 'tam giác ABD vuông cân tại A' bằng 'tam giác ABD đều' thì ABD=60°, khi đó tứ giác BPCD sẽ có các góc lần lượt là 120°,60°,120°,60° — cùng cách suy luận qua góc kề bù, chỉ đổi số đo góc ban đầu.
Bài 6 · Bài 3.44★★★★Trang 74-75— Chứng minh tam giác vuông bằng nhau, tứ giác đặc biệt từ đường trung bình của tam giác vuông
Bài 3.44 (trang 74-75). Cho tam giác ABC vuông tại A. Gọi M là trung điểm của BC còn P, N lần lượt là chân đường vuông góc hạ từ M xuống CA, AB (H.3.59). a) Chứng minh hai tam giác vuông CMP và MBN bằng nhau. b) Chứng minh tứ giác APMN là một hình chữ nhật. Từ đó suy ra N là trung điểm của AB, P là trung điểm của AC. c) Lấy điểm Q sao cho P là trung điểm của MQ, chứng minh rằng tứ giác AMCQ là một hình thoi. d) Nếu AB=AC, tức là tam giác ABC vuông cân tại A thì tứ giác AMCQ có là hình vuông không? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
Đường trung bình của tam giác song song và bằng nửa cạnh thứ ba (áp dụng cho tam giác vuông với hai cạnh góc vuông).
Tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật.
Hình bình hành có hai đường chéo vuông góc là hình thoi.
Hình thoi có hai đường chéo bằng nhau là hình vuông.
🧠 Phân tích tư duy
M là trung điểm cạnh huyền BC cùng hai chân đường vuông góc N,P trên hai cạnh góc vuông là dấu hiệu kinh điển của đường trung bình trong tam giác vuông: MN, MP chính là hai đường trung bình của ΔABC song song với hai cạnh góc vuông còn lại, nên APMN tự động là hình chữ nhật. Từ hình chữ nhật đó, thêm điểm Q đối xứng M qua tâm P biến đường chéo AC và MQ thành hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm và vuông góc — đúng điều kiện của hình thoi. Bẫy ở ý d): hình thoi chỉ thành hình vuông khi hai đường chéo BẰNG NHAU, không phải chỉ cần tam giác cân là đủ mà phải kiểm tra đúng điều kiện AB=AC tương ứng với AC=MQ.
1Cách 1. Góc nhọn bằng nhau (cạnh huyền – góc nhọn), rồi mới suy ra trung điểm
Định hướng. Chứng minh ΔCMP=ΔMBN trước bằng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn (không cần biết N, P có là trung điểm hay chưa); tứ giác APMN là hình chữ nhật vì có sẵn ba góc vuông; ghép hai kết quả đó mới suy ra N, P là trung điểm — thứ tự lập luận ngược hẳn với Cách 2.
a) Vì MN⊥AB và AC⊥AB nên MN∥AC, suy ra NMB=ACB (hai góc đồng vị của cát tuyến BC) ΔMBN vuông tại N và ΔCMP vuông tại P có MB=CM (giả thiết M trung điểm BC) và NMB=PCM (vừa chứng minh, vì PCM=ACB) Do đó ΔMBN=ΔCMP (cạnh huyền – góc nhọn), suy ra MN=CP và BN=MP b) Tứ giác APMN có A=90° (giả thiết), ANM=90° (vì MN⊥AB), APM=90° (vì MP⊥AC) nên có ba góc vuông, suy ra APMN là hình chữ nhật, kéo theo AP=MN và AN=MP (cạnh đối hình chữ nhật) Kết hợp với MN=CP (câu a) được AP=CP, tức P là trung điểm AC; kết hợp MP=BN (câu a) được AN=BN, tức N là trung điểm AB c) P vừa là trung điểm AC vừa là trung điểm MQ (giả thiết) nên AMCQ có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường — AMCQ là hình bình hành; vì Q thuộc đường thẳng MP mà MP⊥AC nên MQ⊥AC, hình bình hành có hai đường chéo vuông góc nên AMCQ là hình thoi d) Vì N là trung điểm AB nên MP=BN=2AB, mà P là trung điểm MQ nên MQ=2MP=AB; hình thoi AMCQ là hình vuông khi hai đường chéo bằng nhau, tức AC=MQ=AB, đúng bằng giả thiết tam giác vuông cân tại A
Vậy a) ΔCMP=ΔMBN; b) APMN là hình chữ nhật với N, P là trung điểm AB, AC; c) AMCQ là hình thoi; d) khi AB=AC thì AMCQ là hình vuông — khớp kết quả sẽ tính lại ở Cách 2.
2Cách 2. Đường trung bình của tam giác vuông (gọn nhất)
Định hướng. Nhận ra ngay MN, MP là hai đường trung bình của ΔABC (vì đi qua trung điểm M của BC và vuông góc với một cạnh góc vuông, nên song song với cạnh góc vuông kia) — từ đó suy ra toàn bộ bốn ý chỉ bằng tính chất đường trung bình và hình chữ nhật, hình thoi.
a) Vì MN⊥AB và AC⊥AB (giả thiết vuông tại A) nên MN∥AC; mà M là trung điểm BC nên MN là đường trung bình của ΔABC ứng với cạnh AC, suy ra N là trung điểm AB và MN=21AC Tương tự, MP⊥AC và AB⊥AC nên MP∥AB, MP là đường trung bình ứng với cạnh AB, suy ra P là trung điểm AC và MP=21AB Do đó ΔCMP vuông tại P có CP=21AC=MN, MP=21AB=BN (vì N là trung điểm AB), và MC=MB (giả thiết); ΔMBN vuông tại N có đúng ba cạnh này tương ứng bằng ba cạnh của ΔCMP Vậy ΔCMP=ΔMBN (hai cạnh góc vuông) b) Tứ giác APMN có A=ANM=APM=90° (vì MN⊥AB, MP⊥AC, và A=90° giả thiết) nên APMN là hình chữ nhật; theo chứng minh trên, N là trung điểm AB, P là trung điểm AC c) P là trung điểm AC (vừa chứng minh) và cũng là trung điểm MQ (giả thiết) nên tứ giác AMCQ có hai đường chéo AC, MQ cắt nhau tại trung điểm P của mỗi đường, suy ra AMCQ là hình bình hành Vì APMN là hình chữ nhật nên AC⊥MN... cần đúng AC⊥MQ: vì Q thuộc đường thẳng MP (do P là trung điểm MQ) và MP⊥AC (giả thiết), nên MQ⊥AC Hình bình hành AMCQ có hai đường chéo AC⊥MQ nên AMCQ là hình thoi d) Hình thoi AMCQ là hình vuông khi hai đường chéo bằng nhau, tức AC=MQ; mà MQ=2MP=AB (vì P là trung điểm MQ và MP=21AB) nên điều kiện là AC=AB — đúng bằng giả thiết tam giác ABC vuông cân tại A, nên khi đó AMCQ LÀ hình vuông
Vậy a) ΔCMP=ΔMBN; b) APMN là hình chữ nhật với N, P là trung điểm AB, AC; c) AMCQ là hình thoi; d) khi AB=AC thì AMCQ là hình vuông.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt hệ trục vuông góc tại đỉnh A (hợp lí vì A=90°), tính trực tiếp toạ độ mọi điểm rồi kiểm tra từng kết luận bằng độ dài và tích vô hướng — thay lập luận hình học tổng hợp bằng tính toán đại số.
Đặt A(0;0), B(b;0), C(0;c) (vì A=90° nên hai cạnh góc vuông đặt theo hai trục) M là trung điểm BC nên M(2b;2c); chân đường vuông góc từ M xuống AB (trục hoành) là N(2b;0), xuống AC (trục tung) là P(0;2c) CP=c−2c=2c, PM=2b−0=2b; MN=2c−0=2c, NB=b−2b=2b, cả hai tam giác vuông tại P, N có cặp cạnh góc vuông bằng nhau từng đôi — ΔCMP=ΔMBN Tứ giác APMN có A(0;0), P(0;2c), M(2b;2c), N(2b;0) — bốn đỉnh của một hình chữ nhật (các cạnh song song hai trục); N là trung điểm AB vì hoành độ 2b đúng bằng nửa b, tương tự P là trung điểm AC Q=2P−M=(−2b;2c); AC=(0;c), MQ=Q−M=(−b;0), tích vô hướng AC⋅MQ=0⋅(−b)+c⋅0=0 nên AC⊥MQ; hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm P (đã có) nên AMCQ là hình thoi AC=c, MQ=∣−b−2b−(−2b−2b)∣, tính trực tiếp MQ=b2=b (khoảng cách M(2b;2c) đến Q(−2b;2c) là b); AC=MQ⇔c=b⇔AC=AB
Vậy khi AB=AC (b=c) thì AC=MQ, hình thoi AMCQ trở thành hình vuông — khớp kết quả Cách 2.
Nhận xét. Toạ độ hoá cho một phép kiểm tra độc lập rất nhanh cho cả bốn ý, đặc biệt tiện ở ý d) vì chỉ cần so sánh hai số b và c.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: chỉ cần nhận ra MN, MP là hai đường trung bình của tam giác vuông ABC là toàn bộ bốn ý được suy ra liền mạch bằng tính chất đường trung bình, hình chữ nhật, hình thoi — không cần đặt toạ độ như Cách 3.
Đáp số.a) ΔCMP = ΔMBN; b) APMN là hình chữ nhật (N, P lần lượt là trung điểm AB, AC); c) AMCQ là hình thoi; d) khi AB = AC thì AMCQ là hình vuông.
Sai lầm thường gặp.Ở ý d), nhiều bạn cho rằng cứ tam giác ABC cân là AMCQ thành hình vuông mà quên kiểm tra ĐÚNG điều kiện cần là hai đường chéo AC và MQ của hình thoi phải bằng nhau; ở đây MQ=AB (không phải MQ=BC), nên điều kiện chính xác là AC=AB chứ không phải AC=BC hay tam giác cân tại đỉnh khác.
🚀 Mở rộng.Nếu chỉ có M là trung điểm BC mà tam giác ABC không vuông tại A thì APMN (với P,N vẫn là chân đường vuông góc từ M) không còn là hình chữ nhật nữa — tính vuông góc tại A chính là điều kiện cốt lõi để cả bài toán đứng vững.
Bài 7 · Bài 3.45★★★★Trang 75— Chứng minh tứ giác là hình chữ nhật và một hệ thức khoảng cách không đổi bằng diện tích tam giác
Bài 3.45 (trang 75). Cho tam giác ABC cân tại A; M là một điểm thuộc đường thẳng BC, B ở giữa M và C. Gọi E và K lần lượt là chân đường vuông góc hạ từ M và từ B xuống AC, còn N là chân đường vuông góc hạ từ B xuống ME (H.3.60). Chứng minh rằng: a) Tứ giác BKEN là hình chữ nhật. b) BK và NE cùng bằng hiệu khoảng cách từ M đến AC và AB (dù M thay đổi trên đường thẳng BC miễn là B nằm giữa M và C).
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật.
Diện tích tam giác bằng nửa tích một cạnh với chiều cao tương ứng.
Khi B nằm giữa M và C thì SAMC=SAMB+SABC.
🧠 Phân tích tư duy
Ba điểm K, E, N đều là chân đường vuông góc — dấu hiệu để đếm góc vuông: BK⊥AC tại K, ME⊥AC tại E (nên góc KEN cũng vuông vì N nằm trên đường thẳng ME), BN⊥ME tại N — đủ ba góc vuông để kết luận ngay BKEN là hình chữ nhật mà không cần tính toán độ dài. Ý b) có 'hiệu khoảng cách' gợi ngay công thức diện tích tam giác, vì diện tích ΔAMC tách được thành ΔAMB và ΔABC.
1Cách 1. Ba góc vuông và diện tích tam giác
Định hướng. Đếm đủ ba góc vuông của tứ giác BKEN để kết luận hình chữ nhật; sau đó tách diện tích ΔAMC thành ΔAMB và ΔABC để lập một đẳng thức liên hệ ME, MF (F là chân đường vuông góc từ M xuống AB) và BK.
a) BKE=90° (vì BK⊥AC, K∈AC); KEN=90° (vì ME⊥AC tại E, mà K∈AC và N∈ME nên KEN=MEA=90°); ENB=90° (vì BN⊥ME, N∈ME) Tứ giác BKEN có ba góc vuông nên là hình chữ nhật; suy ra BK=NE và BN=KE (hai cặp cạnh đối) b) Gọi F là chân đường vuông góc hạ từ M xuống AB; vì B nằm giữa M và C nên SAMC=SAMB+SABC SAMC=21⋅AC⋅ME (đáy AC, chiều cao ME); SAMB=21⋅AB⋅MF (đáy AB, chiều cao MF); SABC=21⋅AC⋅BK (đáy AC, chiều cao BK vì BK đúng là khoảng cách từ B đến AC) Thay vào: 21AC⋅ME=21AB⋅MF+21AC⋅BK Vì ΔABC cân tại A nên AB=AC; chia hai vế cho 21AC=21AB: ME=MF+BK, tức BK=ME−MF Mà NE=BK (câu a) nên NE=ME−MF=BK, đúng bằng hiệu khoảng cách từ M đến AC (là ME) và từ M đến AB (là MF)
VậyBKEN là hình chữ nhật và BK=NE= hiệu khoảng cách từ M đến AC và AB.
2Cách 2. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt toạ độ cụ thể cho tam giác cân ABC và điểm M, tính trực tiếp E, K, N rồi kiểm tra bằng số — một phép kiểm chứng độc lập bằng đại số.
Đặt B(0;0), C(4;0), A(2;4) (khi đó AB=AC=4+16=25, tam giác cân tại A); lấy M(−2;0) (thoả B giữa M, C) Đường thẳng AC: 2x+y−8=0; chân đường vuông góc từ M là E(2,8;2,4), từ B là K(3,2;1,6) (tính bằng công thức hình chiếu) Đường thẳng ME có phương (4,8;2,4); chân đường vuông góc từ B xuống ME là N(−0,4;0,8) BK=(3,2;1,6), NE=(3,2;1,6) — hai vectơ bằng nhau nên BK∥NE, BK=NE; cùng với BK⋅BN=3,2⋅(−0,4)+1,6⋅0,8=−1,28+1,28=0 nên BK⊥BN — đúng là hình chữ nhật BK=3,22+1,62=12,8≈3,578; khoảng cách M đến AC là ME=5∣2(−2)+0−8∣=512≈5,367; khoảng cách M đến AB (đường thẳng 2x−y=0) là 5∣2(−2)−0∣=54≈1,789 ME−MF≈5,367−1,789=3,578=BK — khớp đúng công thức cần chứng minh
Vậy với số liệu cụ thể, BK=NE≈3,578=ME−MF, khớp kết quả tổng quát ở Cách 1.
3Cách 3. Hai tam giác vuông bằng nhau (cạnh huyền – góc nhọn)
Định hướng. Chứng minh BKEN là hình chữ nhật như Cách 1; riêng ý b) thay diện tích bằng một cặp tam giác vuông bằng nhau có chung cạnh huyền BM để suy ra MN=MF, từ đó NE=ME−MN=ME−MF.
a) Chứng minh BKEN là hình chữ nhật bằng ba góc vuông như Cách 1 b) Đặt ACB=ABC=β (hai góc đáy bằng nhau vì tam giác cân tại A); trong ΔMEC vuông tại E có MCE=β nên EMC=90°−β, tức BME=90°−β (vì B nằm trên đoạn MC) Trong ΔBNM vuông tại N: NBM=90°−BME=90°−(90°−β)=β Gọi F là chân đường vuông góc từ M xuống AB; góc giữa hai đường thẳng AB và BM (đường thẳng BC) chính là β (góc đáy tam giác cân), nên trong ΔMFB vuông tại F cũng có góc tại B bằng β ΔBNM và ΔBFM đều vuông, có cạnh huyền chung BM và góc nhọn tại B đều bằng β nên ΔBNM=ΔBFM (cạnh huyền – góc nhọn), suy ra MN=MF Vì N nằm giữa M và E trên đường thẳng ME nên NE=ME−MN=ME−MF; mà NE=BK (hình chữ nhật, câu a)
VậyBK=NE=ME−MF, đúng bằng hiệu khoảng cách từ M đến AC và đến AB.
Nhận xét. Cách 3 và Cách 1 cùng quy về một điểm mấu chốt là MN=MF (hay tương đương diện tích), chỉ khác công cụ: tam giác bằng nhau hay diện tích.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chứng minh hình chữ nhật bằng ba góc vuông rất nhanh, và đẳng thức diện tích SAMC=SAMB+SABC cho ngay kết quả bằng một dòng chia hai vế, không cần angle-chase như Cách 3.
Đáp số.a) BKEN là hình chữ nhật. b) BK = NE = (khoảng cách từ M đến AC) − (khoảng cách từ M đến AB), không đổi khi M di chuyển trên đường thẳng BC (miễn B nằm giữa M và C).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn quên xét thứ tự M,B,C khi tách diện tích, viết nhầm SABC=SAMC+SAMB (đổi vai trò); vì B nằm GIỮA M và C nên tam giác lớn nhất chứa hai tam giác kia phải là ΔAMC, tức SAMC=SAMB+SABC.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi giả thiết thành M nằm giữa B và C (thay vì B nằm giữa M và C) thì cách tách diện tích đổi thành SABC=SABM+SAMC, dẫn tới hệ thức BK=MF+ME (tổng thay vì hiệu) — cùng công cụ diện tích nhưng vị trí điểm quyết định dấu cộng hay trừ.