Chương III. Tứ giác

Luyện tập chung

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

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 , , , lần lượt là trung điểm các cạnh , , , của hình bình hành . Hỏi là hình gì? Vì sao?
ABCDEFGH
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 ) để tách 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 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 chia hình bình hành thành hai tam giác , ; trong mỗi tam giác đó, đoạn nối hai trung điểm hai cạnh là đường trung bình, song song và bằng nửa .

Trong tam giác , là trung điểm , là trung điểm nên là đường trung bình
và
Trong tam giác , là trung điểm , là trung điểm nên là đường trung bình
và
Suy ra và (cùng song song và cùng bằng )

Vậy tứ giác có , nên là hình bình hành.

2Cách 2. Hai tam giác bằng nhau (như SGK gợi ý)

Định hướng. Tính , từ tính chất trung điểm và cạnh đối hình bình hành, rồi ghép với để có .

là trung điểm nên ,
là trung điểm nên ,
là hình bình hành nên , , suy ra và
(hai góc đối của hình bình hành)
(c.g.c), suy ra
Tương tự (c.g.c), suy ra

Vậy tứ giác có , (hai cặp cạnh đối bằng nhau) nên là hình bình hành.

3Cách 3. Toạ độ hoá bằng vectơ trung điểm

Định hướng. Biểu diễn theo bằng công thức trung điểm rồi tính trực tiếp hai vectơ , .

, , ,


Suy ra

Vậy nên và , tức là hình bình hành.

Nhận xét. Cách vectơ cho thấy kết quả đúng với mọi tứ giác (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. là hình bình hành.
Sai lầm thường gặp. Nhiều bạn chỉ vẽ hình rồi “thấy” 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 có đường chéo vuông góc với cạnh , biết cm, cm.
ABCD34
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 (, ), tính được diện tích tam giác đó trước. Hướng nhanh nhất là nhận ra cũng vuông góc với (vì ), nên chính là khoảng cách giữa hai đường thẳng chứa và , tức là chiều cao của hình bình hành ứng với đáy . Bẫy của đề: dễ nhầm tưởng vuông góc với (cạnh còn lại) trong khi đề chỉ cho vuông góc với .
1Cách 1. Chia đôi bằng đường chéo AC (như SGK gợi ý)

Định hướng. Đường chéo chia hình bình hành thành hai tam giác; chỉ ra cả hai đều vuông tại đỉnh chung với rồi cộng diện tích.

là hình bình hành nên và cm
(gt) mà nên
(cm)
(cm)

Vậy diện tích hình bình hành là cm.

2Cách 2. Nhận ra AC là chiều cao ứng với đáy AD

Định hướng. Vì và nên chính là đoạn vuông góc nối hai đường thẳng chứa hai cạnh đáy , — tức là chiều cao của hình bình hành ứng với đáy ; áp dụng thẳng công thức diện tích.

và nên , tức là khoảng cách giữa hai đường thẳng chứa và
chính là chiều cao của hình bình hành ứng với đáy : cm

Vậy diện tích hình bình hành là cm.

3Cách 3. Toạ độ hoá, dùng tích có hướng

Định hướng. Đặt làm gốc, theo một trục và theo trục vuông góc (vì ), suy ra toạ độ rồi tính diện tích bằng tích có hướng của , .

Chọn , (vì ), (vì , )
là hình bình hành nên , suy ra

Vậy diện tích hình bình hành là cm.

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 là chiều cao ứng với đáy rồi nhân trực tiếp , chỉ một dòng tính, nhanh hơn hẳn việc chia đôi rồi cộng lại như Cách 1.
Đáp số. cm.
Sai lầm thường gặp. Nhiều bạn ngộ nhận vuông góc với cạnh (vì hình vẽ trông giống hình chữ nhật) rồi tính diện tích bằng — sai vì đề chỉ cho , không cho biết gì về góc giữa và .
🚀 Mở rộng. Nếu thay dữ kiện thành “đường chéo vuông góc với cạnh ” thì cách làm hoàn toàn tương tự: trở thành chiều cao ứng với đáy .
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 có và (đánh dấu bằng nhau trên hình).
b) Tứ giác có , , .
c) Tứ giác có (đánh dấu bằng nhau trên hình), và góc ngoài tại (góc , với là tia đối của tia ) cũng bằng .
ABDCa) các góc đối bằng nhauABDC110°70°75°b) góc B ≠ góc DABDCx80°80°c) AD=BC, đồng vị 80°=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 .
🧠 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 có và (gt)
Tứ giác có các góc đối bằng nhau là hình bình hành
Vậy ở hình a) là hình bình hành
Hình 3.39b) , (gt)

Hình bình hành phải có các góc đối bằng nhau nên ở hình b) không là hình bình hành
Hình 3.39c) , ( là tia đối của tia )
và là hai góc đồng vị của hai đường thẳng , cắt bởi cát tuyến
nên
(gt)
Tứ giác có một cặp cạnh đối song song và bằng nhau là hình bình hành
Vậy 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 ) rồi so sánh đầy đủ từng cặp góc đối, không cần đoán trước dấu hiệu nào phù hợp.

Hình 3.39a) , (gt) nên cả hai cặp góc đối đã bằng nhau
là hình bình hành
Hình 3.39b)

và
Cả hai cặp góc đối đều không bằng nhau nên không là hình bình hành
Hình 3.39c) nên (kề bù với )
(gt) và (hai góc đồng vị )
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 , , dựng theo đúng số liệu thì luôn tính được
là hình bình hành
Hình 3.39b) Đặt , , dựng , theo đúng các góc , , đã cho
Tính được ,
,
nên không là hình bình hành
Hình 3.39c) Đặt , , dựng , theo góc với
Tính được ,

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 () là đã đủ để khẳng định không phải hình bình hành, không cần tính góc .
🚀 Mở rộng. Có thể đổi câu c) thành bài toán ngược: chỉ cho (không cho ) thì mới suy ra được (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 . Lấy điểm thuộc cạnh và điểm thuộc cạnh sao cho . Chứng minh rằng:
a) ;
b) .
ABCDMN
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 , trên hai cạnh đối với — dấu hiệu quen thuộc để tạo ra một hình bình hành mới (vì , nằm trên hai cạnh vốn đã song song của ). Hướng nhanh nhất là chứng minh 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 (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. , mà nên ; kết hợp (gt) để có ngay một hình bình hành mới.

là hình bình hành nên
, nên
(gt)
Tứ giác có và nên là hình bình hành
a) , là hai cạnh đối của hình bình hành nên
b) , là hai góc đối của hình bình hành nên

Vậy và .

2Cách 2. Hai tam giác bằng nhau ΔADN và ΔCBM

Định hướng. So sánh trực tiếp hai tam giác và : có sẵn , và từ suy ra , cùng góc xen giữa bằng nhau vì là hai góc đối của hình bình hành.

(hai cạnh đối hình bình hành)
(hai cạnh đối hình bình hành) và (gt) nên
(vì ) và (vì )
(hai góc đối của hình bình hành)
(c.g.c: , , )
a) (hai cạnh tương ứng)

Vậy .

3Cách 3 (cho câu b, dùng kết quả câu a). Tam giác bằng nhau ΔANC và ΔCMA

Định hướng. Đã có (câu a) và (gt); thêm cạnh chung là đủ ba cặp cạnh bằng nhau để dùng trường hợp c.c.c.

(kết quả câu a)
(vì , gt)
là cạnh chung
(c.c.c)
b) (hai góc tương ứng), tức

Vậy .

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 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. và (điều phải chứng minh).
Sai lầm thường gặp. Nhiều bạn chỉ dừng ở (gt) rồi vội kết luận là hình bình hành mà quên chứng minh — thiếu điều kiện song song thì chỉ là hai đoạn bằng nhau, chưa đủ để khẳng định là hình bình hành.
🚀 Mở rộng. Nếu đổi giả thiết thành “, sao cho ” (thay vì ) thì lập luận qua hình bình hành cũng cho kết quả tương tự với hai đoạn , .
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 theo hướng dẫn sau:
Bước 1. Vẽ đoạn thẳng và đường thẳng song song với .
Bước 2. Lấy điểm .
Bước 3. Trên chọn sao cho và , nằm cùng phía đối với .
Hãy giải thích tại sao tứ giác là hình bình hành.
aABCD
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: (vì , cùng nằm trên đường thẳng song song ) và (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 “, nằm cùng phía đối với ” không phải chi tiết thừa — thiếu nó, có thể rơi vào vị trí làm 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: và song song với nhau theo đúng cách dựng, còn được chọn sẵn trên — hai dữ kiện này khớp thẳng với một dấu hiệu duy nhất.

(theo cách dựng) nên đoạn nằm trên đường thẳng
(theo cách dựng) nên
(theo cách dựng)
Tứ giác có và (một cặp cạnh đối vừa song song vừa bằng nhau)

Vậy tứ giác là hình bình hành.

2Cách 2. Tam giác bằng nhau qua đường chéo BD

Định hướng. Nối đường chéo , dùng để có so le trong, ghép với và cạnh chung để suy ra tam giác bằng nhau, từ đó có nốt cặp cạnh đối còn lại song song.

(vì và ) nên (so le trong, cát tuyến )
(theo cách dựng)
là cạnh chung
(c.g.c)
(hai cạnh tương ứng) và (hai góc tương ứng, so le trong) nên

Vậy tứ giác có (đã có) và thêm , nên 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 và là hai đường nằm ngang song song), rồi tính trung điểm và .

Đặt , với ; đường thẳng :
Chọn tuỳ ý; vì và cùng phía với nên
Trung điểm là
Trung điểm là
Hai trung điểm trùng nhau

Vậy hai đường chéo , cắt nhau tại trung điểm mỗi đường nên là hình bình hành.

Nhận xét. Cách 3 cho thấy vì sao toạ độ (chứ không phải ) là bắt buộc — đó chính là điều kiện “, cùng phía đối với ” 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 dựng theo ba bước trên là hình bình hành (điều phải giải thích).
Sai lầm thường gặp. Nhiều bạn bỏ qua chi tiết “, nằm cùng phía đối với ”, chọn nhầm ở phía đối diện — khi đó và cắt nhau, tứ giác tự cắt (không còn là hình bình hành), dù vẫn có và .
🚀 Mở rộng. Đây thực chất là cách dựng hình bình hành từ một cạnh và một hướng song song bất kỳ — với chọn ở vị trí khác trên , ta được vô số hình bình hành khác nhau đều nhận 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 có cm, cm.
a) Hỏi tia phân giác của góc cắt cạnh hay cạnh ?
b) Tính khoảng cách từ giao điểm đó đến điểm .
ABCDF
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 , không bằng nhau — dấu hiệu để nhận ra tia phân giác góc sẽ tạo một tam giác cân, và cạnh ngắn hơn () chính là cạnh nằm cùng phía với cạnh bị cắt. Hướng an toàn là giả sử tia phân giác cắt tại , dùng so le trong () để chỉ ra tam giác cân tại . Bẫy của đề: nếu giả sử nhầm tia phân giác cắt thì sẽ suy ra một đoạn dài hơn cả cạnh — 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 tại , chỉ ra tam giác cân dẫn đến (vô lí vì phải thuộc đoạn ) — vậy tia phân giác phải cắt cạnh ; sau đó lặp lại lập luận cân cho tam giác .

Giả sử tia phân giác góc cắt đường thẳng tại
nên (so le trong)
(tia là phân giác góc )
nên cân tại : cm
Mà cm cm nên nằm ngoài đoạn — vô lí, vậy tia phân giác không cắt cạnh
Tia phân giác góc phải cắt cạnh tại một điểm
nên (so le trong)
(tia là phân giác góc )
nên cân tại : cm
cm

Vậy tia phân giác góc cắt cạnh tại , và khoảng cách từ đến là 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 , với , là hai vectơ đơn vị; tia phân giác góc có phương (không phụ thuộc độ dài , ), rồi tìm giao điểm với từng cạnh bằng hệ số.

Chọn hệ vectơ gốc với , (hai vectơ đơn vị)
, , (vì là hình bình hành)
Tia phân giác góc có phương : điểm trên tia là ,
Đường thẳng gồm các điểm ,
Cho : và nên
Vậy giao điểm ứng với nằm thật sự trên đoạn : cm, cm

Vậy tia phân giác cắt cạnh (vì hợp lệ), và 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 , không cần dựng hệ vectơ như Cách 2.
Đáp số. Tia phân giác góc cắt cạnh ; khoảng cách từ giao điểm đến bằng 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 sẽ ra cm lớn hơn cả cạnh cm, đó là dấu hiệu chắc chắn để loại phương án này, không phải đoán theo hình vẽ.
🚀 Mở rộng. Kết quả đúng với mọi hình bình hành có : 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 . Lấy điểm sao cho là trung điểm của , lấy điểm sao cho là trung điểm của . Chứng minh rằng:
a) Hai tứ giác , là những hình bình hành;
b) Các trung điểm của ba đoạn thẳng , , trùng nhau.
ABCDEFO
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 , được dựng bằng cách lấy , làm trung điểm — dấu hiệu cho thấy nằm trên tia kéo dài và nằm trên tia kéo dài, tức các đoạn mới nằm sẵn trên hai đường thẳng đã song song của . Hướng nhanh nhất là dùng ngay tính chất cạnh đối của để suy ra , 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 là trung điểm suy ra nằm trên tia kéo dài, từ là trung điểm suy ra nằm trên tia kéo dài; hai tia này cùng phương với hai cạnh đối đã song song , của hình bình hành nên các cặp cạnh mới cũng song song và bằng nhau.

a) là trung điểm nên thuộc tia và , suy ra
là trung điểm nên thuộc tia và , suy ra
và (hai cạnh đối hình bình hành )
nằm trên đường thẳng , nằm trên đường thẳng nên ; lại có
Tứ giác có , nên là hình bình hành
và nằm trên đường thẳng nên
Tứ giác có , nên là hình bình hành
b) , là hai đường chéo của hình bình hành nên cắt nhau tại trung điểm mỗi đường: trung điểm trùng trung điểm
, là hai đường chéo của hình bình hành nên cắt nhau tại trung điểm mỗi đường: trung điểm trùng trung điểm

Vậy trung điểm của , , trùng nhau (đều trùng với trung điểm của ).

2Cách 2. Toạ độ hoá bằng vectơ

Định hướng. Biểu diễn , theo toạ độ của ; dùng hệ thức (tính chất hình bình hành ) để tính trực tiếp ba trung điểm và so sánh.

là trung điểm nên
là trung điểm nên
là hình bình hành nên , tức , suy ra
a) ,
nên là hình bình hành
nên , suy ra là hình bình hành
b) Trung điểm
Trung điểm
Trung điểm

Vậy ba trung điểm của , , đều bằng 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. , là hình bình hành; trung điểm của , , 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 , — 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 , sao cho , chia , theo cùng một tỉ số bất kỳ (không nhất thiết là trung điểm) thì , vẫn là hình bình hành khi mới đúng như đề; với 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?
ABCD₁D₂D₃
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 đã cho, qua kẻ đường thẳng song song , qua kẻ đường thẳng song song ; giao điểm của hai đường thẳng đó là điểm cần tìm.

Gọi ba điểm đã cho là , ,
Qua kẻ đường thẳng song song
Qua kẻ đường thẳng song song
và cắt nhau tại một điểm (vì không thẳng hàng nên , không song song, suy ra không song song)
Tứ giác có () và ()

Vậy tứ giác có hai cặp cạnh đối song song nên là hình bình hành; 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 , , làm một đường chéo; lấy đối xứng với điểm còn lại () qua trung điểm của để đường chéo kia cũng nhận đúng trung điểm đó.

Gọi là trung điểm đoạn
Lấy điểm sao cho là trung điểm (tức đối xứng với qua )
Tứ giác (đỉnh theo thứ tự ) có hai đường chéo và cùng nhận làm trung điểm

Vậy tứ giác là hình bình hành (hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường); 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 ; 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 đã cho toạ độ, điểm thoả là hình bình hành khi , tức
Điểm thoả là hình bình hành khi , tức
Điểm thoả là hình bình hành khi , tức
Ba biểu thức , , đôi một khác nhau vì không thẳng hàng (nếu hai biểu thức bằng nhau sẽ suy ra hai trong ba điểm trùng nhau)

Vậy có đúng điểm 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 đối xứng với một trong ba điểm qua trung điểm đoạn nối hai điểm còn lại. b) Tìm được đúng điểm như vậy.
Sai lầm thường gặp. Nhiều bạn chỉ dựng được một điểm 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 khác nhau, tổng cộng đúng điểm chứ không phải .
🚀 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”.