Bài 1 · Ví dụ 1★★Trang 62— Tứ giác tạo bởi trung điểm các cạnh của một hình bình hành
Ví dụ 1 (trang 62). Gọi E, F, G, H lần lượt là trung điểm các cạnh AB, BC, CD, DA của hình bình hành ABCD. Hỏi EFGH là hình gì? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
Đường trung bình của tam giác song song với cạnh thứ ba và bằng nửa cạnh ấy.
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Hai cạnh đối của hình bình hành thì song song và bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho bốn trung điểm của một tứ giác đặc biệt (hình bình hành) — dấu hiệu quen thuộc của bài toán “tứ giác trung điểm”, nơi thường xuất hiện đường trung bình của tam giác. Hướng an toàn nhất là nối thêm một đường chéo (chẳng hạn AC) để tách ABCD thành hai tam giác, từ đó dùng tính chất đường trung bình song song và bằng nửa cạnh thứ ba. Bẫy của đề: nếu chỉ nhìn hình mà đoán ngay EFGH là hình bình hành thì chưa phải một lời giải, phải chỉ rõ căn cứ (cạnh đối song song hoặc bằng nhau).
1Cách 1. Dùng đường trung bình của tam giác (kẻ đường chéo AC)
Định hướng. Đường chéo AC chia hình bình hành thành hai tam giác ABC, ACD; trong mỗi tam giác đó, đoạn nối hai trung điểm hai cạnh là đường trung bình, song song và bằng nửa AC.
Trong tam giác ABC, E là trung điểm AB, F là trung điểm BC nên EF là đường trung bình EF∥AC và EF=21AC Trong tam giác ACD, H là trung điểm AD, G là trung điểm CD nên HG là đường trung bình HG∥AC và HG=21AC Suy ra EF∥HG và EF=HG (cùng song song và cùng bằng 21AC)
Vậy tứ giác EFGH có EF∥HG, EF=HG nên EFGH là hình bình hành.
2Cách 2. Hai tam giác bằng nhau (như SGK gợi ý)
Định hướng. Tính AE=CG, AH=CF từ tính chất trung điểm và cạnh đối hình bình hành, rồi ghép với A=C để có △AHE=△CFG.
E,H là trung điểm AB,AD nên AE=21AB, AH=21AD F,G là trung điểm BC,CD nên CF=21BC, CG=21CD ABCD là hình bình hành nên AB=CD, AD=BC, suy ra AE=CG và AH=CF A=C (hai góc đối của hình bình hành) △AHE=△CFG (c.g.c), suy ra HE=FG Tương tự △DHG=△BFE (c.g.c), suy ra HG=FE
Vậy tứ giác EFGH có HE=FG, HG=FE (hai cặp cạnh đối bằng nhau) nên EFGH là hình bình hành.
3Cách 3. Toạ độ hoá bằng vectơ trung điểm
Định hướng. Biểu diễn E,F,G,H theo A,B,C,D bằng công thức trung điểm rồi tính trực tiếp hai vectơ EF, HG.
E=2A+B, F=2B+C, G=2C+D, H=2D+A EF=F−E=2C−A HG=G−H=2C−A Suy ra EF=HG
VậyEF=HG nên EF∥HG và EF=HG, tức EFGH là hình bình hành.
Nhận xét. Cách vectơ cho thấy kết quả đúng với mọi tứ giác ABCD (không cần là hình bình hành) — đây chính là định lí Varignon.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1 (đường trung bình): chỉ cần kẻ một đường chéo, hai dòng lập luận là xong, ngắn hơn hẳn Cách 2 phải xét hai cặp tam giác bằng nhau.
Đáp số.EFGH là hình bình hành.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn chỉ vẽ hình rồi “thấy” EFGH là hình bình hành mà không chứng minh cạnh nào song song hoặc bằng nhau — nhìn hình không thay được lập luận, đề bài yêu cầu “vì sao” nên bắt buộc phải nêu căn cứ.
🚀 Mở rộng.Kết quả này đúng cho mọi tứ giác (không riêng hình bình hành) — tứ giác nối trung điểm bốn cạnh của một tứ giác bất kì luôn là hình bình hành, đây là định lí Varignon quen thuộc ở cấp học cao hơn.
Bài 2 · Ví dụ 2★★Trang 62— Diện tích hình bình hành khi biết đường chéo vuông góc với một cạnh
Ví dụ 2 (trang 62). Tính diện tích hình bình hành ABCD có đường chéo AC vuông góc với cạnh AD, biết AC=4 cm, AD=3 cm.
Kiến thức cần nhớ
Diện tích hình bình hành bằng đáy nhân chiều cao tương ứng.
Diện tích tam giác vuông bằng nửa tích hai cạnh góc vuông.
Hai đường thẳng song song, một đường vuông góc với đường thẳng thứ ba thì đường kia cũng vuông góc với đường thẳng đó.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho đường chéo vuông góc với một cạnh kề — dấu hiệu để nhận ra ngay một tam giác vuông có đủ hai cạnh góc vuông (AD, AC), tính được diện tích tam giác đó trước. Hướng nhanh nhất là nhận ra AC cũng vuông góc với BC (vì BC∥AD), nên AC chính là khoảng cách giữa hai đường thẳng chứa AD và BC, tức là chiều cao của hình bình hành ứng với đáy AD. Bẫy của đề: dễ nhầm tưởng AC vuông góc với AB (cạnh còn lại) trong khi đề chỉ cho vuông góc với AD.
1Cách 1. Chia đôi bằng đường chéo AC (như SGK gợi ý)
Định hướng. Đường chéo AC chia hình bình hành thành hai tam giác; chỉ ra cả hai đều vuông tại đỉnh chung với AC rồi cộng diện tích.
ABCD là hình bình hành nên BC∥AD và BC=AD=3 cm AC⊥AD (gt) mà BC∥AD nên AC⊥BC SACD=21AD⋅AC=21⋅3⋅4=6 (cm2) SACB=21BC⋅AC=21⋅3⋅4=6 (cm2) SABCD=SACD+SACB=6+6=12
Vậy diện tích hình bình hành ABCD là 12 cm2.
2Cách 2. Nhận ra AC là chiều cao ứng với đáy AD
Định hướng. Vì AC⊥AD và BC∥AD nên AC chính là đoạn vuông góc nối hai đường thẳng chứa hai cạnh đáy AD, BC — tức AC là chiều cao của hình bình hành ứng với đáy AD; áp dụng thẳng công thức diện tích.
BC∥AD và AC⊥AD nên AC⊥BC, tức AC là khoảng cách giữa hai đường thẳng chứa AD và BC AC chính là chiều cao h của hình bình hành ứng với đáy AD: h=AC=4 cm SABCD=AD⋅h=3⋅4=12
Vậy diện tích hình bình hành ABCD là 12 cm2.
3Cách 3. Toạ độ hoá, dùng tích có hướng
Định hướng. Đặt A làm gốc, AD theo một trục và AC theo trục vuông góc (vì AC⊥AD), suy ra toạ độ B rồi tính diện tích bằng tích có hướng của AB, AD.
Chọn A(0;0), D(3;0) (vì AD=3), C(0;4) (vì AC⊥AD, AC=4) ABCD là hình bình hành nên AB=DC=C−D=(−3;4), suy ra B(−3;4) SABCD=∣AB×AD∣=∣(−3)⋅0−4⋅3∣=12
Vậy diện tích hình bình hành ABCD là 12 cm2.
Nhận xét. Cách 2 và Cách 3 đều tránh việc cộng hai diện tích tam giác, gọn hơn Cách 1.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: nhận ra ngay AC là chiều cao ứng với đáy AD rồi nhân trực tiếp 3×4=12, chỉ một dòng tính, nhanh hơn hẳn việc chia đôi rồi cộng lại như Cách 1.
Đáp số.SABCD=12 cm2.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn ngộ nhận AC vuông góc với cạnh AB (vì hình vẽ trông giống hình chữ nhật) rồi tính diện tích bằng AB⋅AC — sai vì đề chỉ cho AC⊥AD, không cho biết gì về góc giữa AC và AB.
🚀 Mở rộng.Nếu thay dữ kiện thành “đường chéo BD vuông góc với cạnh AB” thì cách làm hoàn toàn tương tự: BD trở thành chiều cao ứng với đáy AB.
Bài 3 · Bài 3.19★★Trang 63— Nhận biết hình bình hành từ dữ kiện góc và cạnh cho trên hình vẽ
Bài 3.19 (trang 63). Trong các tứ giác ở Hình 3.39, tứ giác nào là hình bình hành? Vì sao? a) Tứ giác ABCD có A=C và B=D (đánh dấu bằng nhau trên hình). b) Tứ giác ABCD có A=110∘, B=70∘, D=75∘. c) Tứ giác ABCD có AD=BC (đánh dấu bằng nhau trên hình), ADC=80∘ và góc ngoài tại C (góc BCx, với x là tia đối của tia CD) cũng bằng 80∘.
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có các góc đối bằng nhau là hình bình hành.
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Hai đường thẳng bị cắt bởi một cát tuyến, nếu có một cặp góc đồng vị bằng nhau thì hai đường thẳng đó song song.
Tổng bốn góc của một tứ giác bằng 360∘.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho ba tứ giác với ba loại dữ kiện khác nhau (góc đối, đủ bốn góc, một cặp cạnh và góc đồng vị) — dấu hiệu cho thấy phải thử lần lượt các dấu hiệu nhận biết hình bình hành đã học. Hướng an toàn là với mỗi hình, kiểm tra xem dữ kiện đã cho khớp đúng với dấu hiệu nào. Bẫy của đề: ở câu b) chỉ cần một cặp góc đối không bằng nhau là đủ để loại, không cần tính hết cả bốn góc.
1Cách 1. Chọn đúng dấu hiệu phù hợp cho từng hình
Định hướng. Ba hình cho ba loại dữ kiện khác nhau nên chọn đúng dấu hiệu tương ứng: câu a) đã có sẵn hai cặp góc đối bằng nhau; câu b) chỉ cần một cặp góc đối không bằng nhau là đủ loại; câu c) có một cặp cạnh đối bằng nhau và tạo góc đồng vị bằng nhau nên song song.
Hình 3.39a) Tứ giác ABCD có A=C và B=D (gt) Tứ giác có các góc đối bằng nhau là hình bình hành Vậy ABCD ở hình a) là hình bình hành Hình 3.39b)B=70∘, D=75∘ (gt) B=D Hình bình hành phải có các góc đối bằng nhau nên ABCD ở hình b) không là hình bình hành Hình 3.39c)ADC=80∘, BCx=80∘ (x là tia đối của tia CD) ADC và BCx là hai góc đồng vị của hai đường thẳng AD, BC cắt bởi cát tuyến DC ADC=BCx nên AD∥BC AD=BC (gt) Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành Vậy ABCD ở hình c) là hình bình hành
Vậy trong ba tứ giác ở Hình 3.39, hình a) và hình c) là hình bình hành; hình b) không là hình bình hành.
2Cách 2. Tính đủ bốn góc rồi so sánh thống nhất từng cặp đối
Định hướng. Với mỗi tứ giác, tính nốt góc còn lại (dùng tổng bốn góc bằng 360∘) rồi so sánh đầy đủ từng cặp góc đối, không cần đoán trước dấu hiệu nào phù hợp.
Hình 3.39a)A=C, B=D (gt) nên cả hai cặp góc đối đã bằng nhau ABCD là hình bình hành Hình 3.39b)A+B+C+D=360∘ C=360∘−110∘−70∘−75∘=105∘ A=110∘=C=105∘ và B=70∘=D=75∘ Cả hai cặp góc đối đều không bằng nhau nên ABCD không là hình bình hành Hình 3.39c)ADC=80∘ nên BCD=180∘−80∘=100∘ (kề bù với BCx) AD=BC (gt) và AD∥BC (hai góc đồng vị 80∘=80∘) Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành
Vậy hình a) và hình c) là hình bình hành; hình b) không là hình bình hành (cả hai cặp góc đối đều không bằng nhau).
3Cách 3. Toạ độ hoá từng hình, kiểm tra bằng vectơ
Định hướng. Gán toạ độ các đỉnh theo đúng số liệu góc, cạnh đã cho trên hình rồi kiểm tra hai vectơ cạnh đối có bằng nhau hay không.
Hình 3.39a) Với A=C, B=D, dựng ABCD theo đúng số liệu thì luôn tính được AB=DC ABCD là hình bình hành Hình 3.39b) Đặt A(0;0), B(280;0), dựng D, C theo đúng các góc 110∘, 70∘, 75∘ đã cho Tính được D(−68,4;187,9), C(203,0;211,7) AB=(280;0), DC=(271,4;23,8) AB=DC nên ABCD không là hình bình hành Hình 3.39c) Đặt D(0;0), C(200;0), dựng A, B theo góc 80∘ với AD=BC=170 Tính được A(29,5;167,4), B(229,5;167,4) AB=(200;0)=DC
Vậy tính bằng toạ độ cũng cho đúng kết quả: hình a), c) là hình bình hành; hình b) thì không.
Nhận xét. Cách toạ độ tuy chắc chắn nhưng dài hơn hẳn — chỉ nên dùng khi không nhìn ra ngay dấu hiệu phù hợp.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nhận ngay đúng dấu hiệu cho từng hình (góc đối, phản ví dụ một cặp góc, cạnh song song và bằng nhau) — không phải tính toạ độ hay tính đủ cả bốn góc như hai cách kia.
Đáp số.Hình 3.39a) và Hình 3.39c) là hình bình hành; Hình 3.39b) không là hình bình hành.
Sai lầm thường gặp.Ở câu b), nhiều bạn cố tính đủ bốn góc rồi mới kết luận, hoặc chỉ nhìn hình thấy “trông giống hình bình hành” rồi kết luận đúng — chỉ cần một cặp góc đối không bằng nhau (B=D) là đã đủ để khẳng định không phải hình bình hành, không cần tính góc C.
🚀 Mở rộng.Có thể đổi câu c) thành bài toán ngược: chỉ cho ADC=BCx (không cho AD=BC) thì mới suy ra được AD∥BC (là hình thang), còn muốn chắc chắn là hình bình hành vẫn phải có thêm điều kiện về cạnh hoặc góc thứ hai.
Bài 4 · Bài 3.20★★Trang 63— Chứng minh hai đoạn thẳng bằng nhau và hai góc bằng nhau nhờ dựng thêm hình bình hành phụ
Bài 3.20 (trang 63). Cho hình bình hành ABCD. Lấy điểm M thuộc cạnh AB và điểm N thuộc cạnh CD sao cho AM=CN. Chứng minh rằng: a) AN=CM; b) AMC=ANC.
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Hai cạnh đối và hai góc đối của hình bình hành thì bằng nhau.
Hai tam giác bằng nhau thì các cặp cạnh, góc tương ứng bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho M, N trên hai cạnh đối với AM=CN — dấu hiệu quen thuộc để tạo ra một hình bình hành mới AMCN (vì AM, CN nằm trên hai cạnh vốn đã song song của ABCD). Hướng nhanh nhất là chứng minh AMCN là hình bình hành, từ đó cả hai ý a), b) suy ra ngay từ tính chất cạnh đối và góc đối. Bẫy của đề: phải chỉ rõ AM∥CN (không chỉ bằng nhau) thì mới đủ điều kiện cạnh đối song song và bằng nhau.
1Cách 1. Chứng minh AMCN là hình bình hành
Định hướng.M∈AB, N∈CD mà AB∥CD nên AM∥CN; kết hợp AM=CN (gt) để có ngay một hình bình hành mới.
ABCD là hình bình hành nên AB∥CD M∈AB, N∈CD nên AM∥CN AM=CN (gt) Tứ giác AMCN có AM∥CN và AM=CN nên AMCN là hình bình hành a)AN, CM là hai cạnh đối của hình bình hành AMCN nên AN=CM b)AMC, ANC là hai góc đối của hình bình hành AMCN nên AMC=ANC
VậyAN=CM và AMC=ANC.
2Cách 2. Hai tam giác bằng nhau ΔADN và ΔCBM
Định hướng. So sánh trực tiếp hai tam giác ADN và CBM: có sẵn AD=CB, và từ AM=CN suy ra DN=BM, cùng góc xen giữa bằng nhau vì là hai góc đối của hình bình hành.
AD=CB (hai cạnh đối hình bình hành) AB=CD (hai cạnh đối hình bình hành) và AM=CN (gt) nên DN=DC−CN=AB−AM=MB ADN=ADC (vì N∈DC) và CBM=CBA (vì M∈BA) ADC=CBA (hai góc đối của hình bình hành) △ADN=△CBM (c.g.c: AD=CB, ADN=CBM, DN=BM) a)AN=CM (hai cạnh tương ứng)
VậyAN=CM.
3Cách 3 (cho câu b, dùng kết quả câu a). Tam giác bằng nhau ΔANC và ΔCMA
Định hướng. Đã có AN=CM (câu a) và AM=CN (gt); thêm cạnh chung AC là đủ ba cặp cạnh bằng nhau để dùng trường hợp c.c.c.
AN=CM (kết quả câu a) NC=MA (vì AM=CN, gt) AC là cạnh chung △ANC=△CMA (c.c.c) b)ANC=CMA (hai góc tương ứng), tức ANC=AMC
VậyAMC=ANC.
Nhận xét. Cách 2 và Cách 3 tách bài thành hai lần dùng tam giác bằng nhau, dài hơn Cách 1 vốn giải quyết cả hai ý chỉ bằng một hình bình hành phụ.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần chứng minh AMCN là hình bình hành một lần, cả hai ý a) và b) có ngay từ tính chất cạnh đối và góc đối, nhanh hơn hẳn việc xét hai cặp tam giác bằng nhau ở Cách 2, 3.
Đáp số.AN=CM và AMC=ANC (điều phải chứng minh).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn chỉ dừng ở AM=CN (gt) rồi vội kết luận AMCN là hình bình hành mà quên chứng minh AM∥CN — thiếu điều kiện song song thì AM=CN chỉ là hai đoạn bằng nhau, chưa đủ để khẳng định là hình bình hành.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi giả thiết thành “M, N sao cho BM=DN” (thay vì AM=CN) thì lập luận qua hình bình hành BMDN cũng cho kết quả tương tự với hai đoạn BN, DM.
Bài 5 · Bài 3.21★★Trang 63— Giải thích một phép dựng hình bình hành từ dấu hiệu cạnh đối song song và bằng nhau
Bài 3.21 (trang 63). Vẽ tứ giác ABCD theo hướng dẫn sau: Bước 1. Vẽ đoạn thẳng AB và đường thẳng a song song với AB. Bước 2. Lấy điểm C∈a. Bước 3. Trên a chọn D sao cho CD=AB và A, D nằm cùng phía đối với BC. Hãy giải thích tại sao tứ giác ABCD là hình bình hành.
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Hai điểm cùng thuộc một đường thẳng thì đoạn nối chúng nằm trên đường thẳng đó.
Hai đường chéo của hình bình hành cắt nhau tại trung điểm mỗi đường.
🧠 Phân tích tư duy
Đề mô tả một phép dựng hình cụ thể chứ không cho sẵn hình — phải đọc kỹ ba bước dựng để rút ra hai dữ kiện: AB∥CD (vì C, D cùng nằm trên đường thẳng a song song AB) và AB=CD (dựng đúng bằng). Hướng nhanh nhất là áp thẳng dấu hiệu “một cặp cạnh đối song song và bằng nhau”. Bẫy của đề: điều kiện “A, D nằm cùng phía đối với BC” không phải chi tiết thừa — thiếu nó, D có thể rơi vào vị trí làm ABCD thành tứ giác tự cắt, không còn là hình bình hành thật.
1Cách 1. Áp thẳng dấu hiệu cạnh đối song song và bằng nhau
Định hướng. Đọc lại phần dựng hình: AB và a song song với nhau theo đúng cách dựng, còn CD=AB được chọn sẵn trên a — hai dữ kiện này khớp thẳng với một dấu hiệu duy nhất.
C,D∈a (theo cách dựng) nên đoạn CD nằm trên đường thẳng a a∥AB (theo cách dựng) nên CD∥AB CD=AB (theo cách dựng) Tứ giác ABCD có AB∥CD và AB=CD (một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau)
Vậy tứ giác ABCD là hình bình hành.
2Cách 2. Tam giác bằng nhau qua đường chéo BD
Định hướng. Nối đường chéo BD, dùng AB∥CD để có so le trong, ghép với AB=CD và cạnh chung BD để suy ra tam giác bằng nhau, từ đó có nốt cặp cạnh đối còn lại song song.
AB∥CD (vì C,D∈a và a∥AB) nên ABD=CDB (so le trong, cát tuyến BD) AB=CD (theo cách dựng) BD là cạnh chung △ABD=△CDB (c.g.c) AD=CB (hai cạnh tương ứng) và ADB=CBD (hai góc tương ứng, so le trong) nên AD∥CB
Vậy tứ giác ABCD có AB∥CD (đã có) và thêm AD∥CB, AD=CB nên ABCD là hình bình hành.
3Cách 3. Toạ độ hoá, kiểm tra trung điểm hai đường chéo
Định hướng. Gán toạ độ theo đúng ba bước dựng (đặt a và AB là hai đường nằm ngang song song), rồi tính trung điểm AC và BD.
Đặt A(0;0), B(b;0) với b=AB>0; đường thẳng a: y=h Chọn C(c;h) tuỳ ý; vì CD=AB=b và A,D cùng phía với BC nên D(c−b;h) Trung điểm AC là (2c;2h) Trung điểm BD là (2b+c−b;2h)=(2c;2h) Hai trung điểm trùng nhau
Vậy hai đường chéo AC, BD cắt nhau tại trung điểm mỗi đường nên ABCD là hình bình hành.
Nhận xét. Cách 3 cho thấy vì sao toạ độ D(c−b;h) (chứ không phải D(c+b;h)) là bắt buộc — đó chính là điều kiện “A, D cùng phía đối với BC” trong đề.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đọc thẳng ba bước dựng ra hai dữ kiện song song và bằng nhau, một dòng là xong; không cần dựng thêm đường chéo như Cách 2 hay toạ độ hoá như Cách 3.
Đáp số.Tứ giác ABCD dựng theo ba bước trên là hình bình hành (điều phải giải thích).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn bỏ qua chi tiết “A, D nằm cùng phía đối với BC”, chọn nhầm D ở phía đối diện — khi đó AD và BC cắt nhau, tứ giác ABCD tự cắt (không còn là hình bình hành), dù vẫn có CD=AB và CD∥AB.
🚀 Mở rộng.Đây thực chất là cách dựng hình bình hành từ một cạnh và một hướng song song bất kỳ — với C chọn ở vị trí khác trên a, ta được vô số hình bình hành khác nhau đều nhận AB làm một cạnh.
Bài 6 · Bài 3.22★★★Trang 63— Xác định cạnh bị cắt bởi tia phân giác của một góc hình bình hành và tính độ dài đoạn còn lại
Bài 3.22 (trang 63). Cho hình bình hành ABCD có AB=3 cm, AD=5 cm. a) Hỏi tia phân giác của góc A cắt cạnh CD hay cạnh BC? b) Tính khoảng cách từ giao điểm đó đến điểm C.
Kiến thức cần nhớ
Tia phân giác của một góc chia góc đó thành hai góc bằng nhau.
Hai đường thẳng song song bị cắt bởi một cát tuyến thì hai góc so le trong bằng nhau.
Tam giác có hai góc bằng nhau là tam giác cân (hai cạnh đối diện hai góc đó bằng nhau).
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai cạnh kề AB=3, AD=5 không bằng nhau — dấu hiệu để nhận ra tia phân giác góc A sẽ tạo một tam giác cân, và cạnh ngắn hơn (AB) chính là cạnh nằm cùng phía với cạnh bị cắt. Hướng an toàn là giả sử tia phân giác cắt BC tại F, dùng so le trong (AD∥BC) để chỉ ra tam giác ABF cân tại B. Bẫy của đề: nếu giả sử nhầm tia phân giác cắt CD thì sẽ suy ra một đoạn dài hơn cả cạnh CD — đó chính là dấu hiệu để loại phương án này.
1Cách 1. Loại trừ bằng tam giác cân, rồi tính bằng tam giác cân thứ hai
Định hướng. Giả sử tia phân giác cắt đường thẳng CD tại E, chỉ ra tam giác ADE cân dẫn đến DE=AD=5>DC=3 (vô lí vì E phải thuộc đoạn DC) — vậy tia phân giác phải cắt cạnh BC; sau đó lặp lại lập luận cân cho tam giác ABF.
Giả sử tia phân giác góc A cắt đường thẳng CD tại E AB∥CD nên BAE=AED (so le trong) BAE=DAE (tia AE là phân giác góc A) DAE=DEA nên △ADE cân tại D: DE=AD=5 cm Mà DC=AB=3 cm <5 cm nên E nằm ngoài đoạn DC — vô lí, vậy tia phân giác không cắt cạnh CD Tia phân giác góc A phải cắt cạnh BC tại một điểm F AD∥BC nên DAF=AFB (so le trong) DAF=BAF (tia AF là phân giác góc A) BAF=BFA nên △ABF cân tại B: BF=AB=3 cm FC=BC−BF=AD−AB=5−3=2 cm
Vậy tia phân giác góc A cắt cạnh BC tại F, và khoảng cách từ F đến C là 2 cm.
Nhận xét. Cả hai lần đều dùng chung một kiểu lập luận (so le trong + tia phân giác ⇒ tam giác cân) — chỉ khác cạnh nào đóng vai trò cạnh đáy của tam giác cân.
2Cách 2. Toạ độ hoá bằng hai vectơ đơn vị, không cần xét trường hợp
Định hướng. Đặt AB=3u, AD=5v với u, v là hai vectơ đơn vị; tia phân giác góc A có phương u+v (không phụ thuộc độ dài 3, 5), rồi tìm giao điểm với từng cạnh bằng hệ số.
Chọn hệ vectơ gốc A với u=3AB, v=5AD (hai vectơ đơn vị) B=3u, D=5v, C=3u+5v (vì ABCD là hình bình hành) Tia phân giác góc A có phương u+v: điểm trên tia là t(u+v), t≥0 Đường thẳng BC gồm các điểm 3u+5sv, s∈[0;1] Cho t(u+v)=3u+5sv: t=3 và t=5s nên s=53=0,6∈[0;1] Vậy giao điểm F ứng với s=0,6 nằm thật sự trên đoạn BC: BF=s⋅BC=0,6×5=3 cm, FC=(1−s)⋅BC=0,4×5=2 cm
Vậy tia phân giác cắt cạnh BC (vì s=0,6∈[0;1] hợp lệ), và FC=2 cm.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần một lần lập luận “so le trong + phân giác ⇒ cân” là đủ suy ra cả kết luận cắt cạnh nào lẫn độ dài FC=AD−AB, không cần dựng hệ vectơ như Cách 2.
Đáp số.Tia phân giác góc A cắt cạnh BC; khoảng cách từ giao điểm đến C bằng 2 cm.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn mặc định tia phân giác cắt cạnh nào đó mà không kiểm tra bằng số — khi thử giả sử cắt CD sẽ ra DE=5 cm lớn hơn cả cạnh DC=3 cm, đó là dấu hiệu chắc chắn để loại phương án này, không phải đoán theo hình vẽ.
🚀 Mở rộng.Kết quả FC=AD−AB đúng với mọi hình bình hành có AB<AD: tia phân giác góc kề cạnh ngắn luôn cắt cạnh dài tại điểm cách đỉnh xa một đoạn đúng bằng hiệu hai cạnh kề.
Bài 7 · Bài 3.23★★★Trang 63— Chứng minh tứ giác là hình bình hành và ba trung điểm trùng nhau từ phép lấy đối xứng qua trung điểm
Bài 3.23 (trang 63). Cho hình bình hành ABCD. Lấy điểm E sao cho B là trung điểm của AE, lấy điểm F sao cho C là trung điểm của DF. Chứng minh rằng: a) Hai tứ giác AEFD, ABFC là những hình bình hành; b) Các trung điểm của ba đoạn thẳng AF, DE, BC trùng nhau.
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành.
Hai đường chéo của hình bình hành cắt nhau tại trung điểm mỗi đường.
Trung điểm của một đoạn thẳng chia đoạn thẳng đó thành hai phần bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho E, F được dựng bằng cách lấy B, C làm trung điểm — dấu hiệu cho thấy E nằm trên tia AB kéo dài và F nằm trên tia DC kéo dài, tức các đoạn mới nằm sẵn trên hai đường thẳng đã song song của ABCD. Hướng nhanh nhất là dùng ngay tính chất cạnh đối của ABCD để suy ra AE∥DF, AE=DF cho câu a), rồi dùng chính hai hình bình hành vừa dựng được để suy ra câu b) qua tính chất đường chéo cắt nhau tại trung điểm. Bẫy của đề: câu b) không cần dựng lại từ đầu — chỉ cần khai thác đúng hai kết quả của câu a).
1Cách 1. Cạnh đối song song, bằng nhau rồi dùng đường chéo
Định hướng. Từ B là trung điểm AE suy ra E nằm trên tia AB kéo dài, từ C là trung điểm DF suy ra F nằm trên tia DC kéo dài; hai tia này cùng phương với hai cạnh đối đã song song AB, DC của hình bình hành ABCD nên các cặp cạnh mới cũng song song và bằng nhau.
a)B là trung điểm AE nên E thuộc tia AB và BE=AB, suy ra AE=2AB C là trung điểm DF nên F thuộc tia DC và CF=DC, suy ra DF=2DC AB∥DC và AB=DC (hai cạnh đối hình bình hành ABCD) AE nằm trên đường thẳng AB, DF nằm trên đường thẳng DC nên AE∥DF; lại có AE=2AB=2DC=DF Tứ giác AEFD có AE∥DF, AE=DF nên AEFD là hình bình hành CF=DC=AB và CF nằm trên đường thẳng DC nên CF∥AB Tứ giác ABFC có AB∥CF, AB=CF nên ABFC là hình bình hành b)AF, ED là hai đường chéo của hình bình hành AEFD nên cắt nhau tại trung điểm mỗi đường: trung điểm AF trùng trung điểm DE AF, CB là hai đường chéo của hình bình hành ABFC nên cắt nhau tại trung điểm mỗi đường: trung điểm AF trùng trung điểm BC
Vậy trung điểm của AF, DE, BC trùng nhau (đều trùng với trung điểm của AF).
2Cách 2. Toạ độ hoá bằng vectơ
Định hướng. Biểu diễn E=2B−A, F=2C−D theo toạ độ của A,B,C,D; dùng hệ thức AB=DC (tính chất hình bình hành ABCD) để tính trực tiếp ba trung điểm và so sánh.
B là trung điểm AE nên E=2B−A C là trung điểm DF nên F=2C−D ABCD là hình bình hành nên AB=DC, tức B−A=C−D, suy ra C=B+D−A a)AE=E−A=2B−2A=2(B−A)=2AB, DF=F−D=2C−2D=2(C−D)=2DC=2AB AE=DF nên AEFD là hình bình hành CF=F−C=C−D=DC=AB nên AB=CF, suy ra ABFC là hình bình hành b) Trung điểm AF=2A+2C−D=2A+2(B+D−A)−D=22B−A+D Trung điểm DE=2D+2B−A=22B−A+D Trung điểm BC=2B+C=2B+B+D−A=22B−A+D
Vậy ba trung điểm của AF, DE, BC đều bằng 22B−A+D nên trùng nhau.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đọc thẳng từ hình vẽ ra hai hình bình hành phụ, rồi dùng tính chất đường chéo hai lần — không cần lập biểu thức vectơ như Cách 2.
Đáp số.AEFD, ABFC là hình bình hành; trung điểm của AF, DE, BC trùng nhau (điều phải chứng minh).
Sai lầm thường gặp.Ở câu b), nhiều bạn chứng minh lại từ đầu bằng toạ độ dài dòng mà quên rằng câu a) đã dựng sẵn hai hình bình hành AEFD, ABFC — chỉ cần áp tính chất “hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường” cho cả hai là xong ngay, không cần tính toán thêm.
🚀 Mở rộng.Có thể tổng quát: nếu lấy E, F sao cho B, C chia AE, DF theo cùng một tỉ số k bất kỳ (không nhất thiết là trung điểm) thì AEFD, ABFC vẫn là hình bình hành khi k=2 mới đúng như đề; với k khác thì lập luận cần điều chỉnh lại.
Bài 8 · Bài 3.24★★★Trang 63— Dựng điểm thứ tư để bốn điểm tạo thành hình bình hành, đếm số nghiệm hình
Bài 3.24 (trang 63). Cho ba điểm không thẳng hàng. a) Tìm một điểm sao cho nó cùng với ba điểm đã cho là bốn đỉnh của một hình bình hành. Hãy vẽ hình và mô tả cách tìm. b) Hỏi tìm được bao nhiêu điểm như vậy?
Kiến thức cần nhớ
Tứ giác có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường là hình bình hành.
Tứ giác có hai cặp cạnh đối song song là hình bình hành.
Với ba điểm không thẳng hàng, có đúng 3 cách chọn ra một cặp điểm trong ba điểm đó.
🧠 Phân tích tư duy
Đề chỉ cho ba điểm không thẳng hàng mà không nói trước điểm nào “đối diện” điểm nào — dấu hiệu cho thấy vai trò của ba điểm có thể hoán vị, mỗi cách chọn một cặp điểm làm đường chéo sẽ cho một hình bình hành khác nhau. Hướng an toàn là dùng tính chất hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm: chọn hai trong ba điểm làm một đường chéo, điểm còn lại cùng điểm mới làm đường chéo kia. Bẫy của đề: dễ quên rằng có tới ba cách chọn cặp điểm làm đường chéo, nên chỉ vẽ một hình sẽ bỏ sót câu b).
1Cách 1. Dùng dấu hiệu cạnh đối song song (dựng bằng thước, êke)
Định hướng. Với ba điểm A,B,C đã cho, qua C kẻ đường thẳng song song AB, qua B kẻ đường thẳng song song AC; giao điểm của hai đường thẳng đó là điểm cần tìm.
Gọi ba điểm đã cho là A, B, C Qua B kẻ đường thẳng m song song AC Qua C kẻ đường thẳng n song song AB m và n cắt nhau tại một điểm D3 (vì A,B,C không thẳng hàng nên AB, AC không song song, suy ra m,n không song song) Tứ giác ABD3C có AB∥CD3 (D3∈n) và AC∥BD3 (D3∈m)
Vậy tứ giác ABD3C có hai cặp cạnh đối song song nên là hình bình hành; D3 chính là điểm cần tìm.
2Cách 2. Dùng tính chất hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm
Định hướng. Chọn hai trong ba điểm, chẳng hạn B, C, làm một đường chéo; lấy D đối xứng với điểm còn lại (A) qua trung điểm của BC để đường chéo kia cũng nhận đúng trung điểm đó.
Gọi O là trung điểm đoạn BC Lấy điểm D1 sao cho O là trung điểm AD1 (tức D1 đối xứng với A qua O) Tứ giác ABD1C (đỉnh theo thứ tự A,B,D1,C) có hai đường chéo AD1 và BC cùng nhận O làm trung điểm
Vậy tứ giác ABD1C là hình bình hành (hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường); D1 chính là điểm cần tìm.
3Cách 3. Toạ độ hoá bằng vectơ, liệt kê đủ nghiệm cho câu b)
Định hướng. Gán toạ độ ba điểm A,B,C; điều kiện “bốn điểm là đỉnh hình bình hành” tương đương với một trong ba đẳng thức vectơ (ứng với ba cách chọn đường chéo), từ đó vừa dựng được điểm vừa đếm được số nghiệm.
Với ba điểm A,B,C đã cho toạ độ, điểm D thoả ABDC là hình bình hành khi AB=CD, tức D=B+C−A Điểm D thoả ACDB là hình bình hành khi AC=BD, tức D=A+C−B Điểm D thoả ABCD là hình bình hành khi AB=DC, tức D=A+B−C Ba biểu thức B+C−A, A+C−B, A+B−C đôi một khác nhau vì A,B,C không thẳng hàng (nếu hai biểu thức bằng nhau sẽ suy ra hai trong ba điểm trùng nhau)
Vậy có đúng 3 điểm D khác nhau thoả mãn yêu cầu.
Nhận xét. Cách 3 vừa dựng được điểm (như Cách 1, 2) vừa trả lời thẳng câu b) bằng một phép đếm đại số.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2 (trung điểm đường chéo): chỉ cần lấy đối xứng một điểm qua trung điểm đoạn nối hai điểm kia, dựng bằng compa rất nhanh, và lặp lại ba lần (đổi vai trò điểm) sẽ tự nhiên trả lời được câu b).
Đáp số.a) Lấy D đối xứng với một trong ba điểm qua trung điểm đoạn nối hai điểm còn lại. b) Tìm được đúng 3 điểm như vậy.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn chỉ dựng được một điểm D rồi trả lời câu b) là “chỉ có 1 điểm” — bỏ sót rằng vai trò của ba điểm đã cho có thể hoán đổi, mỗi cách chọn hai điểm làm đường chéo cho một điểm D khác nhau, tổng cộng đúng 3 điểm chứ không phải 1.
🚀 Mở rộng.Nếu ba điểm đã cho thẳng hàng thì bài toán suy biến: không thể dựng được hình bình hành nào, đây là lí do đề bài phải nêu rõ giả thiết “không thẳng hàng”.