Bài 1 · HĐ★Trang 68— Khám phá mối liên hệ giữa góc nội tiếp và góc ở tâm cùng chắn một cung
HĐ (trang 68). Vẽ đường tròn tâm O có bán kính bằng 2 cm và dây cung AB có độ dài bằng 2 cm. Lấy một điểm C tuỳ ý nằm trên cung lớn AmB (H.9.2). a) Cho biết số đo của góc ở tâm AOB và số đo của cung bị chắn AB. b) Đo góc ACB và so sánh với kết quả của bạn bên cạnh. c) Lấy điểm D tuỳ ý nằm trên cung ACB. Đo góc ADB và so sánh với các góc ACB và AOB.
Kiến thức cần nhớ
Tam giác có ba cạnh bằng nhau là tam giác đều, mỗi góc bằng 60°.
Số đo của cung nhỏ bằng số đo của góc ở tâm chắn cung đó.
🧠 Phân tích tư duy
Dây AB bằng đúng bán kính là dấu hiệu để tam giác OAB trở thành tam giác đều — đây là điểm mấu chốt để tính AOB mà không cần đo đạc. Khi đã biết AOB=60°, việc đo ACB, ADB chỉ là bước kiểm chứng bằng thực nghiệm cho quy luật 'góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm cùng chắn một cung' sẽ được chứng minh chặt chẽ ở phần lí thuyết ngay sau đó. Bẫy dễ gặp là nhầm cung bị chắn AB (cung nhỏ, không chứa C) với cung lớn chứa C, D.
1Cách 1. Dùng tam giác đều để tính, rồi đo kiểm chứng góc nội tiếp
Định hướng. Từ OA=OB=AB=2 cm suy ra tam giác OAB đều để tính ngay AOB, không cần đo.
Vì O là tâm nên OA=OB=2 cm (bán kính); theo đề AB=2 cm. Do đó OA=OB=AB=2 cm, tức tam giác OAB đều. Suy ra AOB=60°. Vì AOB là góc ở tâm chắn cung nhỏ AB nên sđAB=AOB=60°. Dùng thước đo góc đo trực tiếp ACB với C tuỳ ý trên cung lớn: mọi bạn đều đo được ACB=30°, đúng bằng nửa AOB. Đo tiếp ADB với D tuỳ ý trên cung ACB (cùng phía C): cũng đo được ADB=30°.
VậyAOB= sđAB=60°, còn ACB=ADB=30°, đúng bằng một nửa AOB.
2Cách 2. Dùng định lí côsin để tính góc ở tâm
Định hướng. Không nhận ra tam giác đều ngay thì vẫn tính được AOB bằng định lí côsin trong tam giác OAB.
Xét tam giác OAB có OA=OB=2, AB=2. Theo định lí côsin: AB2=OA2+OB2−2⋅OA⋅OB⋅cosAOB. 4=4+4−8cosAOB. 8cosAOB=4. cosAOB=21. AOB=60°. Từ đó sđAB=60°, và khi đo thực nghiệm ACB=ADB=30° như Cách 1.
Vậy kết quả trùng khớp Cách 1: AOB=60°, ACB=ADB=30°.
3Cách 3. Dựng đường cao OH để tính bằng lượng giác
Định hướng. Kẻ đường cao OH của tam giác cân OAB (OA=OB) để đưa về tam giác vuông rồi dùng tỉ số lượng giác.
Gọi H là trung điểm AB; vì tam giác OAB cân tại O nên OH⊥AB và OH là phân giác AOB. Tam giác OHA vuông tại H có HA=2AB=1 cm, OA=2 cm. sinAOH=OAHA=21. AOH=30°. AOB=2AOH=60°.
VậyAOB=60°, khớp Cách 1 và Cách 2; đo thực nghiệm cho ACB=ADB=30°.
Nhận xét. Cả ba cách đều quy về cùng một giá trị AOB=60°; điều thú vị được phát hiện qua phép đo là ACB và ADB tuy có đỉnh khác nhau nhưng luôn bằng nhau và bằng đúng nửa AOB — đây chính là nội dung định lí góc nội tiếp sẽ học ngay sau HĐ này.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi (hoặc khi làm nhanh HĐ) dùng Cách 1: nhận ra ngay OA=OB=AB cho tam giác đều là cách ngắn nhất, không cần định lí côsin hay dựng thêm đường cao.
Đáp số.AOB= sđAB=60°; ACB=ADB=30° (mọi vị trí C, D trên cung lớn AmB đều cho cùng kết quả).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn đo xong rồi kết luận vội ACB=AOB (quên chia đôi) vì thấy hai góc 'cùng nhìn' đoạn AB; cũng có bạn lấy nhầm cung bị chắn là cung lớn (chứa C) thay vì cung nhỏ AB khi trả lời câu a).
🚀 Mở rộng.Nếu thay dây AB=2 cm (bằng bán kính) bởi một dây bất kì có độ dài khác, tam giác OAB không còn đều nhưng quy luật ACB=ADB=21AOB vẫn đúng — đó chính là nội dung định lí góc nội tiếp tổng quát.
Bài 2 · Ví dụ 1★Trang 68— Nhận biết góc nội tiếp theo đúng định nghĩa
Ví dụ 1 (trang 68). Trong các góc a, b, c, d ở Hình 9.3, góc nào là góc nội tiếp, góc nào không phải góc nội tiếp? Vì sao?
Kiến thức cần nhớ
Góc nội tiếp là góc có đỉnh nằm trên đường tròn và hai cạnh chứa hai dây cung của đường tròn đó.
🧠 Phân tích tư duy
Định nghĩa góc nội tiếp đòi hỏi đồng thời hai điều kiện: đỉnh nằm trên đường tròn, và cả hai cạnh đều chứa dây cung — dấu hiệu nhận dạng là phải kiểm tra đủ cả hai điều kiện chứ không chỉ một. Bẫy của bài là hình có đỉnh nằm trên đường tròn nhưng một cạnh lại không cắt đường tròn lần thứ hai (không phải dây cung), rất dễ bị nhầm là góc nội tiếp nếu chỉ nhìn vị trí đỉnh.
1Cách 1. Kiểm tra lần lượt theo đúng hai điều kiện của định nghĩa
Định hướng. Xét từng góc theo đúng thứ tự hai điều kiện: vị trí đỉnh trước, tính chất hai cạnh sau.
Góc a: đỉnh không nằm trên đường tròn (nằm ngoài) nên không phải góc nội tiếp. Góc b: đỉnh nằm trên đường tròn; hai cạnh đều cắt đường tròn ở một điểm khác nên đều chứa dây cung — góc b là góc nội tiếp. Góc c: đỉnh không nằm trên đường tròn (nằm ngoài) nên không phải góc nội tiếp. Góc d: đỉnh nằm trên đường tròn nhưng một cạnh không cắt đường tròn ở điểm thứ hai (không chứa dây cung) nên không phải góc nội tiếp.
Vậy chỉ có góc b là góc nội tiếp của đường tròn; các góc a, c, d đều không phải góc nội tiếp.
2Cách 2. Loại trừ bằng dấu hiệu vị trí đỉnh trước
Định hướng. Lọc nhanh bằng điều kiện cần (đỉnh phải trên đường tròn) trước, sau đó mới xét điều kiện đủ (hai cạnh là dây cung) cho các góc còn lại.
Trong bốn góc, chỉ b và d có đỉnh nằm trên đường tròn; a, c có đỉnh nằm ngoài nên bị loại ngay. Xét tiếp b: hai cạnh của góc b đều nối đỉnh với một điểm khác trên đường tròn, tức đều là dây cung — thoả điều kiện thứ hai. Xét d: một cạnh của góc d chỉ là tia xuất phát từ đỉnh, không cắt đường tròn ở điểm thứ hai, nên không phải dây cung — không thoả điều kiện thứ hai.
Vậy sau hai vòng lọc chỉ còn lại góc b là góc nội tiếp.
3Cách 3. Lập bảng đối chiếu hai điều kiện
Định hướng. Trình bày dưới dạng đối chiếu song song hai điều kiện cho cả bốn góc để không bỏ sót trường hợp nào.
Góc a: đỉnh ngoài đường tròn (không đạt) — hai cạnh là dây cung (không xét vì đã loại). Góc b: đỉnh trên đường tròn (đạt) — hai cạnh đều là dây cung (đạt) ⇒ nội tiếp. Góc c: đỉnh ngoài đường tròn (không đạt) ⇒ không nội tiếp. Góc d: đỉnh trên đường tròn (đạt) — có một cạnh không phải dây cung (không đạt) ⇒ không nội tiếp.
Vậy chỉ góc b đạt đồng thời cả hai điều kiện nên là góc nội tiếp duy nhất.
Nhận xét. Ba cách trình bày khác nhau nhưng cùng phải kiểm đủ hai điều kiện của định nghĩa — thiếu một trong hai là chưa đủ căn cứ kết luận.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: lọc theo điều kiện vị trí đỉnh trước sẽ loại ngay được các góc rõ ràng sai (đỉnh ngoài đường tròn), giảm số trường hợp cần xét kĩ điều kiện thứ hai.
Đáp số.Góc b là góc nội tiếp của đường tròn; các góc a, c, d không phải góc nội tiếp.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm phổ biến nhất là thấy đỉnh nằm trên đường tròn (như góc d) liền kết luận ngay là góc nội tiếp mà quên kiểm tra cạnh còn lại có thật sự là dây cung hay không.
🚀 Mở rộng.Nếu đỉnh nằm trên đường tròn nhưng một cạnh là tiếp tuyến tại chính đỉnh đó (không cắt đường tròn ở điểm thứ hai) thì góc đó gọi là góc tạo bởi tiếp tuyến và dây cung — một loại góc khác, sẽ có công thức tính riêng, không áp dụng công thức góc nội tiếp.
Bài 3 · Câu hỏi★★Trang 70— Áp dụng định lí góc nội tiếp bằng nửa số đo cung bị chắn
Câu hỏi (trang 70). Hãy cho biết số đo góc nội tiếp tìm được trong Hình 9.3 ở Ví dụ 1, biết rằng số đo của các cung màu xanh trong hình đều bằng 120°.
Kiến thức cần nhớ
Trong một đường tròn, số đo của góc nội tiếp bằng nửa số đo của cung bị chắn.
Chỉ góc nội tiếp mới áp dụng được định lí trên; góc có đỉnh không nằm trên đường tròn hoặc cạnh không phải dây cung thì không.
🧠 Phân tích tư duy
Trong bốn góc của Hình 9.3, chỉ góc b được xác nhận là góc nội tiếp ở Ví dụ 1, nên định lí 'góc nội tiếp bằng nửa số đo cung bị chắn' chỉ áp dụng được cho góc này — đó là dấu hiệu để không tính toán mù quáng cho cả bốn hình. Bẫy của câu hỏi là dễ quên rằng các góc a, c, d không phải góc nội tiếp nên công thức góc-nội-tiếp-bằng-nửa-cung không dùng được cho chúng, dù đề vẫn cho sẵn số đo cung màu xanh ở mọi hình.
1Cách 1. Áp dụng trực tiếp định lí cho góc nội tiếp duy nhất
Định hướng. Chỉ góc b (đỉnh B) là góc nội tiếp nên chỉ nó mới tính được bằng công thức nửa cung bị chắn.
Theo Ví dụ 1, trong bốn góc a,b,c,d chỉ góc b (đỉnh B trên đường tròn, hai cạnh là dây cung) là góc nội tiếp. Cung bị chắn của góc b là cung màu xanh, có sđ=120°. Theo định lí góc nội tiếp: góc b=21⋅120°=60°.
Vậy góc nội tiếp tìm được (góc b) có số đo 60°; các góc a, c, d không áp dụng được định lí này vì không phải góc nội tiếp.
2Cách 2. Dùng góc ở tâm trung gian rồi so sánh
Định hướng. Coi cung xanh 120° là cung bị chắn bởi một góc ở tâm tưởng tượng, rồi so sánh góc nội tiếp b với góc ở tâm đó.
Gọi O′ là tâm đường tròn chứa góc b; góc ở tâm chắn cùng cung xanh có số đo bằng chính số đo cung đó: 120°. Theo hệ quả góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm cùng chắn một cung, góc b=21⋅120°=60°.
Vậy góc b=60°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Loại trừ trước, tính sau
Định hướng. Loại các góc không đủ điều kiện áp dụng định lí trước khi tính, tránh áp dụng nhầm công thức cho góc a, c, d.
Ba góc a, c, d đã bị loại ở Ví dụ 1 vì không thoả định nghĩa góc nội tiếp, nên dù đề cho cung xanh 120° ở các hình đó, công thức góc nội tiếp bằng nửa cung KHÔNG áp dụng được cho chúng. Chỉ còn góc b thoả định nghĩa; áp dụng định lí: góc b=21⋅120°=60°.
Vậy chỉ có duy nhất góc b=60° tính được bằng định lí góc nội tiếp; các góc còn lại không có căn cứ để tính theo công thức này.
Nhận xét. Câu hỏi này nhấn mạnh: điều kiện "là góc nội tiếp" phải kiểm tra trước, rồi mới được dùng công thức nửa cung — không phải cứ có số đo cung là tính được.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: xác định ngay góc nội tiếp duy nhất (góc b) rồi áp công thức một dòng, không cần dựng thêm góc ở tâm trung gian như Cách 2.
Đáp số.Góc nội tiếp b=60° (chỉ góc b tính được vì chỉ nó là góc nội tiếp).
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là áp dụng luôn công thức 'nửa số đo cung' cho cả bốn góc a,b,c,d chỉ vì đề cho sẵn số đo cung xanh ở mọi hình, trong khi ba góc a,c,d không phải góc nội tiếp nên định lí này không có giá trị với chúng.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi số đo cung xanh thành một ẩn x bất kì thì góc nội tiếp b luôn bằng 2x — đây chính là bản chất tổng quát của định lí, không phụ thuộc giá trị cụ thể 120°.
Bài 4 · Ví dụ 2★★Trang 70— Tính góc ở tâm và góc nội tiếp cùng chắn một cung
Ví dụ 2 (trang 70). Cho đường tròn (O) và các điểm A, B, C, D trên (O) như Hình 9.5. Biết rằng BAC=60°, hãy tính số đo của các góc BOC và BDC.
Kiến thức cần nhớ
Trong một đường tròn, số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn một cung.
Các góc nội tiếp cùng chắn một cung (hoặc chắn các cung bằng nhau) thì bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho một góc nội tiếp BAC và hỏi cả góc ở tâm BOC lẫn góc nội tiếp BDC cùng chắn cung BC — dấu hiệu để dùng hai hệ quả liên tiếp của định lí góc nội tiếp: nội tiếp bằng nửa góc ở tâm (tính BOC), và hai góc nội tiếp cùng chắn một cung thì bằng nhau (tính BDC). Bẫy của bài là phải quan sát hình để chắc chắn D nằm cùng phía với A so với dây BC (cùng chắn cung nhỏ BC không chứa A,D) thì hai góc nội tiếp mới bằng nhau; nếu D ở phía đối diện thì BDC sẽ là góc bù, không bằng BAC.
1Cách 1. Dùng hai hệ quả của định lí góc nội tiếp
Định hướng. Tính BOC trước bằng hệ quả góc ở tâm gấp đôi góc nội tiếp, rồi suy ra BDC bằng hệ quả hai góc nội tiếp cùng chắn một cung.
Vì BAC là góc nội tiếp và BOC là góc ở tâm cùng chắn cung nhỏ BC nên BOC=2BAC=2⋅60°=120°. Vì BAC và BDC đều là góc nội tiếp cùng chắn cung nhỏ BC (do A, D nằm cùng phía so với dây BC) nên BDC=BAC=60°.
VậyBOC=120° và BDC=60°.
2Cách 2. Tính từ cung bị chắn làm trung gian
Định hướng. Đưa cả hai góc cần tìm về cùng dựa trên số đo cung nhỏ BC thay vì so sánh trực tiếp góc với nhau.
Vì BAC=21sđBC (góc nội tiếp bằng nửa cung bị chắn) nên sđBC=2⋅60°=120°. Góc ở tâm chắn cung nhỏ BC có số đo bằng chính số đo cung đó: BOC= sđBC=120°. Góc nội tiếp BDC cũng chắn cung nhỏ BC nên BDC=21sđBC=21⋅120°=60°.
VậyBOC=120°, BDC=60°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng tam giác cân OBC để kiểm tra chéo BOC
Định hướng. Sau khi có sđ cung BC=120°, kiểm tra lại BOC bằng tính chất tam giác cân OBC (OB=OC là bán kính) thay vì chỉ dùng hệ quả góc ở tâm.
Từ BAC=60° suy ra sđBC=2⋅60°=120° (như Cách 2). Góc ở tâm BOC chắn đúng cung này nên BOC=120°; vì OB=OC (bán kính), tam giác OBC cân tại O nên OBC=OCB=2180°−120°=30° — số liệu phụ này khớp với hình vẽ, xác nhận BOC=120° là hợp lí. Từ đó BDC=21BOC=21⋅120°=60° theo hệ quả góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm.
VậyBOC=120°, BDC=60°, cùng kết quả với hai cách trên.
Nhận xét. Cách 3 tuy dài hơn nhưng cho một phép kiểm tra chéo hữu ích: tam giác cân OBC phải có hai góc đáy dương và hợp lí với hình vẽ.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: hai hệ quả 'góc ở tâm gấp đôi góc nội tiếp' và 'hai góc nội tiếp cùng chắn một cung thì bằng nhau' cho lời giải hai dòng, không cần qua bước trung gian tính số đo cung.
Đáp số.BOC=120°; BDC=60°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là tính BDC bằng 180°−BAC=120° (nhầm với trường hợp tứ giác nội tiếp ABDC khi D nằm khác phía), trong khi ở hình này A, D cùng phía so với BC nên BDC phải bằng BAC, không phải bù với nó.
🚀 Mở rộng.Nếu lấy thêm một điểm E bất kì khác trên cùng cung chứa A, D thì BEC vẫn luôn bằng 60° — tập hợp mọi điểm nhìn đoạn BC dưới góc 60° về một phía chính là cung tròn chứa A, D, E này.
Bài 5 · Luyện tập★★★Trang 70— Chứng minh hai tam giác đồng dạng nhờ các góc nội tiếp cùng chắn một cung
Luyện tập (trang 70). Cho đường tròn tâm O và hai dây cung AB, CD cắt nhau tại điểm X nằm trong đường tròn (H.9.6). Chứng minh rằng ΔAXC∽ΔDXB.
Kiến thức cần nhớ
Hai góc đối đỉnh thì bằng nhau.
Hai góc nội tiếp cùng chắn một cung thì bằng nhau.
Trường hợp đồng dạng góc-góc (g-g) của hai tam giác.
🧠 Phân tích tư duy
Hai dây cắt nhau tạo ra hai cặp góc đối đỉnh (AXC=DXB) — đây là dấu hiệu quen thuộc của trường hợp đồng dạng góc-góc, chỉ còn cần thêm một cặp góc bằng nhau nữa. Vì A, B, C, D cùng thuộc một đường tròn, hai góc nội tiếp CAB (tức XAC) và CDB (tức XDB) cùng chắn cung CB nên bằng nhau — đúng cặp góc còn thiếu. Bẫy của bài là chọn nhầm cặp đỉnh tương ứng khi viết tỉ số đồng dạng, dẫn tới hệ thức IA⋅IB=IC⋅ID bị viết sai dấu nhân chéo.
1Cách 1. Đồng dạng góc-góc từ góc đối đỉnh và góc nội tiếp cùng chắn cung CB
Định hướng. Ghép một cặp góc đối đỉnh tại X với một cặp góc nội tiếp cùng chắn cung CB để có đủ hai cặp góc bằng nhau cho trường hợp g-g.
Xét đường tròn (O): hai góc nội tiếp XAC (tức BAC) và XDB (tức CDB) cùng chắn cung nhỏ CB nên XAC=XDB. Lại có AXC=DXB (hai góc đối đỉnh tại X, vì A,X,B thẳng hàng và C,X,D thẳng hàng). Xét ΔAXC và ΔDXB có XAC=XDB và AXC=DXB.
VậyΔAXC∽ΔDXB (g-g).
2Cách 2. Dùng cặp góc nội tiếp cùng chắn cung AD
Định hướng. Thay vì dùng cung CB, ghép góc đối đỉnh với cặp góc nội tiếp cùng chắn cung AD ở hai đỉnh còn lại.
Xét đường tròn (O): hai góc nội tiếp XCA (tức DCA) và XBD (tức ABD) cùng chắn cung nhỏ AD nên XCA=XBD. Lại có AXC=DXB (hai góc đối đỉnh tại X). Xét ΔAXC và ΔDXB có XCA=XBD và AXC=DXB.
VậyΔAXC∽ΔDXB (g-g), khớp Cách 1 (chỉ khác cặp góc được chọn để chứng minh).
3Cách 3. Chứng minh đồng dạng rồi suy ra hệ thức tích chéo
Định hướng. Sau khi có đồng dạng như Cách 1, khai thác thêm tỉ số cạnh tương ứng để thấy ứng dụng quen thuộc của kết quả này (phương tích của điểm X).
Theo Cách 1: ΔAXC∽ΔDXB (g-g), suy ra XDXA=XBXC (tỉ số các cạnh tương ứng). Nhân chéo: XA⋅XB=XC⋅XD.
VậyΔAXC∽ΔDXB, đồng thời suy ra hệ thức XA⋅XB=XC⋅XD — đây chính là phương tích của điểm X đối với đường tròn (O).
Nhận xét. Cách 3 cho thấy bài toán đồng dạng này chính là chìa khoá chứng minh hệ thức tích hai đoạn của dây cung cắt nhau, một công cụ dùng lại được ở nhiều bài toán khác (như Bài 9.4).
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chọn cặp góc nội tiếp cùng chắn cung CB (ứng với đúng đỉnh A, D đang so sánh) giúp ghi tam giác đồng dạng đúng thứ tự đỉnh ngay từ đầu, tránh nhầm lẫn khi viết tỉ số cạnh về sau.
Đáp số.ΔAXC∽ΔDXB (g-g).
Sai lầm thường gặp.Sai lầm phổ biến là viết ΔAXC∽ΔBXD (đảo thứ tự đỉnh B, D) khiến tỉ số cạnh tương ứng bị sai, kéo theo hệ thức tích chéo viết nhầm thành XA⋅XD=XC⋅XB; cần đối chiếu đúng cặp góc bằng nhau đã chứng minh để giữ đúng thứ tự đỉnh tương ứng.
🚀 Mở rộng.Kết quả ΔAXC∽ΔDXB đúng cho MỌI cặp dây cung cắt nhau trong một đường tròn, không riêng gì hình vẽ cụ thể này — đó là cơ sở của hệ thức phương tích XA⋅XB=XC⋅XD dùng xuyên suốt chương đường tròn.
Bài 6 · Vận dụng★★★Trang 70— Tính góc nội tiếp từ bán kính và độ dài dây cung nhờ định lí Pythagore đảo
Vận dụng (trang 70). Trở lại tình huống mở đầu, hãy tính số đo của góc BAC nếu biết đường tròn có bán kính 2 cm và dây cung BC=22 cm.
Kiến thức cần nhớ
Định lí Pythagore đảo: nếu a2+b2=c2 thì tam giác có ba cạnh a,b,c vuông tại đỉnh đối diện cạnh c.
Trong một đường tròn, số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn một cung.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai cạnh OB=OC=2 (bán kính) và cạnh còn lại BC=22 của tam giác OBC — dấu hiệu để kiểm tra ngay bằng định lí Pythagore đảo xem tam giác này có vuông không, vì 22+22 trông rất giống bình phương của 22. Khi xác định được BOC=90° là góc ở tâm chắn cung nhỏ BC, việc tính BAC chỉ còn là một phép chia đôi nhờ định lí góc nội tiếp (đây chính là quan hệ đã nêu ở đầu bài học, Hình 9.1). Bẫy của đề là quên kiểm tra tam giác vuông ở đâu trước khi vội áp dụng công thức góc ở tâm.
1Cách 1. Dùng Pythagore đảo rồi áp dụng hệ quả góc nội tiếp
Định hướng. Kiểm tra tam giác OBC vuông tại O bằng Pythagore đảo, từ đó có ngay góc ở tâm 90° để suy ra góc nội tiếp.
Xét tam giác OBC có OB=OC=2 cm (bán kính), BC=22 cm. OB2+OC2=22+22=8. BC2=(22)2=8. Vì OB2+OC2=BC2 nên tam giác OBC vuông tại O (Pythagore đảo), tức BOC=90°. Vì BOC là góc ở tâm và BAC là góc nội tiếp cùng chắn cung nhỏ BC nên BAC=21BOC=21⋅90°=45°.
VậyBAC=45°.
2Cách 2. Dùng định lí côsin để tính trực tiếp góc ở tâm
Định hướng. Không nhận ra ngay dấu hiệu Pythagore thì vẫn tính được BOC bằng định lí côsin trong tam giác OBC.
Xét tam giác OBC có OB=OC=2, BC=22. Theo định lí côsin: BC2=OB2+OC2−2⋅OB⋅OC⋅cosBOC. 8=4+4−8cosBOC. 8cosBOC=0. cosBOC=0. BOC=90°. Suy ra BAC=21BOC=45° (góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm cùng chắn cung BC).
VậyBAC=45°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dựng đường cao OH của tam giác cân OBC
Định hướng. Kẻ đường cao OH từ O xuống BC để đưa về tam giác vuông rồi dùng tỉ số lượng giác, không cần Pythagore đảo hay côsin.
Gọi H là trung điểm BC; vì tam giác OBC cân tại O (OB=OC) nên OH⊥BC và OH là phân giác BOC. HB=2BC=2 cm, OB=2 cm. sinBOH=OBHB=22. BOH=45°. BOC=2BOH=90°. BAC=21BOC=45°.
VậyBAC=45°, thống nhất cả ba cách.
Nhận xét. Cách 1 (Pythagore đảo) nhanh nhất vì các số liệu 2,2,22 được chọn sẵn để lộ ngay bộ ba Pythagore 22+22=(22)2.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nhận ra ngay 22+22=(22)2 để kết luận tam giác OBC vuông tại O chỉ trong một dòng, nhanh hơn hẳn việc tính côsin hay dựng thêm đường cao.
Đáp số.BAC=45°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là tính nhầm BC2=(22)2=42 (quên bình phương cả căn) thay vì 8, dẫn đến không nhận ra tam giác vuông và không tính được góc.
🚀 Mở rộng.Nếu thay BC=22 bởi BC=2 (bằng bán kính, như HĐ mở đầu bài) thì BOC=60° và BAC=30°; đổi BC=23 thì BOC=120° và BAC=60° — độ dài dây càng lớn (tới đường kính 4 cm) thì góc nội tiếp càng tiến gần 90°.
Bài 7 · Bài 9.1★★Trang 70— Nhận định đúng/sai về tính chất góc nội tiếp
Bài 9.1 (trang 70). Những khẳng định nào sau đây là đúng? a) Hai góc nội tiếp bằng nhau thì chắn cùng một cung. b) Góc nội tiếp nhỏ hơn 90° có số đo bằng nửa số đo của góc ở tâm chắn cùng một cung. c) Góc nội tiếp chắn cung nhỏ có số đo bằng số đo của góc ở tâm chắn cùng một cung. d) Hai góc nội tiếp bằng nhau thì chắn hai cung bằng nhau.
Kiến thức cần nhớ
Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo cung bị chắn (hay nửa số đo góc ở tâm cùng chắn cung đó), không phải bằng nguyên số đo đó.
Cung có số đo bằng nhau khi và chỉ khi hai lần góc nội tiếp chắn cung đó bằng nhau; nhưng hai góc nội tiếp bằng nhau chưa chắc phải chắn chung một cung — có thể là hai cung khác nhau nhưng bằng số đo.
🧠 Phân tích tư duy
Bốn khẳng định đều xoay quanh hệ quả của định lí góc nội tiếp nên dấu hiệu để xét đúng/sai là đối chiếu chính xác từng câu với phát biểu gốc của định lí ('góc nội tiếp bằng NỬA góc ở tâm/cung bị chắn') và với chiều suy luận của các hệ quả (chiều thuận và chiều đảo không phải lúc nào cũng tương đương). Bẫy lớn nhất nằm ở câu a) và d): cùng nói về 'hai góc nội tiếp bằng nhau' nhưng một câu suy ra cùng chắn một cung (chiều đảo, chưa chắc đúng) còn câu kia suy ra hai cung bằng nhau (chiều đúng, vì góc bằng nhau kéo theo cung gấp đôi cũng bằng nhau).
1Cách 1. Đối chiếu từng câu với đúng phát biểu của định lí
Định hướng. So từng khẳng định với định lí gốc và các hệ quả đã học, chỉ ra đúng/sai kèm lí do ngắn gọn.
a) Sai. Hai góc nội tiếp bằng nhau có thể chắn hai cung khác nhau nhưng có cùng số đo (ví dụ hai cung bằng nhau ở hai vị trí khác nhau trên đường tròn), không bắt buộc phải chắn chung một cung. b) Đúng. Đây đúng là nội dung định lí góc nội tiếp: mọi góc nội tiếp (kể cả loại nhỏ hơn 90°) đều có số đo bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn một cung. c) Sai. Góc nội tiếp chắn cung nhỏ có số đo bằng NỬA số đo góc ở tâm chắn cùng cung đó, không phải bằng nguyên số đo góc ở tâm. d) Đúng. Vì góc nội tiếp bằng nửa số đo cung bị chắn nên hai góc nội tiếp bằng nhau kéo theo hai cung bị chắn (mỗi cung gấp đôi góc tương ứng) cũng bằng nhau.
Vậy các khẳng định đúng là b) và d); các khẳng định a), c) sai.
2Cách 2. Dùng phản ví dụ cụ thể để kiểm chứng
Định hướng. Với câu nghi ngờ sai, dựng một hình cụ thể làm phản ví dụ thay vì chỉ lập luận suông.
Xét câu a): lấy đường tròn (O) có hai cung PQ và RS nằm ở hai vị trí khác nhau nhưng cùng số đo 80°; góc nội tiếp chắn PQ và góc nội tiếp chắn RS đều bằng 40° (bằng nhau) nhưng rõ ràng không chắn chung một cung ⇒ a) sai. Xét câu c): lấy góc ở tâm 60° chắn cung nhỏ 60°; góc nội tiếp chắn cùng cung đó chỉ bằng 30°=60°⇒ c) sai. Với b) và d): không tìm được phản ví dụ nào vì đây là hệ quả trực tiếp của định lí đã chứng minh ⇒ b), d) đúng.
Vậy kết quả trùng khớp Cách 1: đúng là b), d); sai là a), c).
3Cách 3. Diễn đạt lại bằng kí hiệu số đo cung
Định hướng. Gọi số đo góc nội tiếp là x và số đo cung/góc ở tâm tương ứng là 2x, viết lại bốn khẳng định dưới dạng đại số để so sánh.
Đặt góc nội tiếp thứ nhất chắn cung có số đo 2x, góc nội tiếp thứ hai chắn cung có số đo 2y. a) "x=y" (hai góc bằng nhau) có suy ra "hai cung trùng nhau" không? Không — chỉ suy ra 2x=2y (hai cung bằng số đo), không bắt buộc là MỘT cung ⇒ a) sai. d) "x=y" có suy ra "2x=2y" (hai cung bằng nhau về số đo) không? Có, hiển nhiên đúng theo đại số ⇒ d) đúng. b) Theo định lí, góc nội tiếp x luôn bằng nửa góc ở tâm cùng chắn cung đó với MỌI x (kể cả x<90°) ⇒ b) đúng. c) Góc nội tiếp chắn cung nhỏ bằng x=21⋅2x, tức bằng nửa góc ở tâm chứ không bằng nguyên góc ở tâm ⇒ c) sai.
Vậy đúng là b), d); sai là a), c) — khớp hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách đều quy về việc phân biệt rõ hai chiều suy luận "góc bằng nhau ⇒ cung bằng nhau" (luôn đúng) và "góc bằng nhau ⇒ cùng một cung" (không bắt buộc đúng).
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đối chiếu trực tiếp từng câu với đúng lời định lí là nhanh nhất; chỉ cần dựng phản ví dụ (Cách 2) khi không chắc chắn về lí luận suông.
Đáp số.Các khẳng định đúng là b) và d); các khẳng định a) và c) sai.
Sai lầm thường gặp.Nhầm lẫn phổ biến nhất là đánh đồng khái niệm 'chắn cùng một cung' với 'chắn hai cung có cùng số đo' ở câu a) — hai điều này không tương đương; ngoài ra hay bỏ sót chữ 'nửa' khi đọc câu c), tưởng góc nội tiếp bằng thẳng góc ở tâm.
🚀 Mở rộng.Có thể phát biểu lại thành mệnh đề chặt chẽ hơn: 'Hai góc nội tiếp bằng nhau khi và chỉ khi chúng chắn hai cung bằng nhau' — đây là một mệnh đề hai chiều đúng, khác hẳn khẳng định sai ở câu a) (chắn cùng MỘT cung).
Bài 8 · Bài 9.2★★Trang 71— Tính các góc của tam giác nội tiếp từ các góc ở tâm tương ứng
Bài 9.2 (trang 71). Cho các điểm như Hình 9.7. Tính số đo các góc của tam giác ABC, biết rằng AOB=120°, BOC=80°.
Kiến thức cần nhớ
Tổng ba góc ở tâm tạo bởi ba điểm phân biệt trên đường tròn (ghép kín quanh tâm) bằng 360°.
Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn cung đối diện (không chứa đỉnh góc nội tiếp).
Tổng ba góc trong một tam giác bằng 180°.
🧠 Phân tích tư duy
Ba điểm A,B,C trên đường tròn cùng tâm O tạo thành ba góc ở tâm ghép kín quanh O với tổng 360° — dấu hiệu để tính góc ở tâm còn thiếu (COA) bằng phép trừ trước khi dùng định lí góc nội tiếp cho từng đỉnh của tam giác. Mỗi góc của tam giác ABC là góc nội tiếp chắn đúng cung đối diện với đỉnh đó (không chứa đỉnh còn lại), nên góc ở tâm cần dùng cho mỗi đỉnh là góc ở tâm KHÔNG đi qua đỉnh ấy. Bẫy dễ mắc là gán nhầm góc ở tâm cho sai đỉnh, ví dụ lấy AOB (không chứa C) để tính góc A thay vì góc C.
1Cách 1. Tính góc ở tâm còn thiếu rồi chia đôi cho từng đỉnh
Định hướng. Tìm COA từ tổng 360° trước, sau đó mỗi góc của tam giác bằng nửa góc ở tâm đối diện.
Ba góc ở tâm AOB, BOC, COA ghép kín quanh O nên AOB+BOC+COA=360°. 120°+80°+COA=360°. COA=160°. Góc ACB (đỉnh C) là góc nội tiếp chắn cung AB không chứa C, ứng với góc ở tâm AOB: ACB=21⋅120°=60°. Góc BAC (đỉnh A) chắn cung BC không chứa A, ứng với BOC: BAC=21⋅80°=40°. Góc ABC (đỉnh B) chắn cung CA không chứa B, ứng với COA: ABC=21⋅160°=80°.
VậyBAC=40°, ABC=80°, ACB=60°.
2Cách 2. Tính hai góc trực tiếp rồi suy góc thứ ba từ tổng 180°
Định hướng. Chỉ cần áp dụng định lí góc nội tiếp cho hai đỉnh có sẵn góc ở tâm, góc còn lại suy ra từ tổng ba góc trong tam giác, không cần tính COA.
Góc ACB chắn cung AB ứng với AOB=120°: ACB=21⋅120°=60°. Góc BAC chắn cung BC ứng với BOC=80°: BAC=21⋅80°=40°. Tổng ba góc trong tam giác ABC bằng 180° nên ABC=180°−BAC−ACB=180°−40°−60°=80°.
VậyBAC=40°, ABC=80°, ACB=60°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng tam giác cân tại O cho từng cạnh
Định hướng. Không dùng trực tiếp hệ quả góc nội tiếp mà tính từng góc của tam giác ABC thông qua các tam giác cân OAB, OBC, OCA (đều có hai cạnh là bán kính).
Tam giác OAB cân tại O (OA=OB) có AOB=120° nên OAB=OBA=2180°−120°=30°. Tam giác OBC cân tại O có BOC=80° nên OBC=OCB=2180°−80°=50°. COA=360°−120°−80°=160°; tam giác OCA cân tại O nên OCA=OAC=2180°−160°=10°. Vì O nằm trong tam giác ABC nên BAC=OAB+OAC=30°+10°=40°; ABC=OBA+OBC=30°+50°=80°; ACB=OCB+OCA=50°+10°=60°.
VậyBAC=40°, ABC=80°, ACB=60°, trùng khớp Cách 1 và Cách 2.
Nhận xét. Cách 3 dài hơn nhưng không cần thuộc lòng hệ quả góc nội tiếp, chỉ cần tính chất tam giác cân — hữu ích khi quên công thức.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: chỉ cần áp dụng định lí góc nội tiếp hai lần rồi lấy 180° trừ đi, nhanh hơn Cách 1 (phải tính thêm COA) và Cách 3 (phải xét ba tam giác cân).
Đáp số.BAC=40°; ABC=80°; ACB=60°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là gán nhầm góc ở tâm cho đỉnh chứa nó thay vì đỉnh đối diện — ví dụ lấy AOB=120° để tính góc A (sai), trong khi AOB phải dùng để tính góc C (đỉnh không nằm trên cung AB bị chắn).
🚀 Mở rộng.Tổng quát: nếu tam giác ABC nội tiếp (O) với các góc ở tâm AOB=γ′, BOC=α′, COA=β′ (α′+β′+γ′=360°) thì các góc của tam giác là A=2α′, B=2β′, C=2γ′ — công thức này đúng với mọi tam giác nội tiếp, không riêng số liệu bài này.
Bài 9 · Bài 9.3★★★Trang 71— Tính góc tạo bởi hai dây cắt nhau nhờ tính chất góc ngoài của tam giác
Bài 9.3 (trang 71). Cho đường tròn (O) và hai dây cung AC, BD cắt nhau tại X (H.9.8). Tính số đo góc AXB biết rằng ADB=30° và DBC=50°.
Kiến thức cần nhớ
Tính chất góc ngoài của tam giác: góc ngoài tại một đỉnh bằng tổng hai góc trong không kề với nó.
Hai đường thẳng cắt nhau tạo thành hai góc đối đỉnh bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Góc AXB là góc ngoài của tam giác XBD tại đỉnh X (vì A, X, C thẳng hàng nên AXB kề bù với DXC... thực chất AXB chính là góc ngoài của tam giác XBD tại X) — dấu hiệu quen thuộc là hai góc đã cho ADB=XDB và DBC=DBX đều là hai góc trong của tam giác XBD không kề với góc ngoài đó. Bẫy của bài là dễ nhầm hai góc đã cho là hai góc nội tiếp cần cộng trực tiếp mà không nhận ra chúng chính là hai góc của tam giác XBD, khiến học sinh đi tìm số đo cung một cách vòng vo không cần thiết.
1Cách 1. Dùng tính chất góc ngoài của tam giác XBD
Định hướng. Nhận ra AXB là góc ngoài tại đỉnh X của tam giác XBD, bằng tổng hai góc trong không kề XDB và XBD.
Xét tam giác XBD (với X là giao điểm của AC và BD): XDB=ADB=30°, XBD=DBC=50° (cùng là các góc đã cho, chỉ đổi tên đỉnh theo tia). Góc AXB là góc ngoài của tam giác XBD tại đỉnh X (vì A,X,C thẳng hàng nên AXB và DXB kề bù, còn góc ngoài tại X đối với tam giác XBD chính là AXB). Theo tính chất góc ngoài: AXB=XDB+XBD=30°+50°=80°.
VậyAXB=80°.
2Cách 2. Tính góc trong DXB trước rồi suy ra góc kề bù
Định hướng. Tính tổng ba góc trong tam giác XBD để tìm DXB, rồi dùng tính chất kề bù (vì A,X,C thẳng hàng) để suy ra AXB.
Xét tam giác XBD: XDB=30°, XBD=50°. DXB=180°−XDB−XBD=180°−30°−50°=100°. Vì A, X, C thẳng hàng nên AXB và DXB là hai góc kề bù: AXB=180°−DXB=180°−100°=80°.
VậyAXB=80°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Quy về số đo cung rồi tính bằng công thức góc giữa hai dây cắt nhau
Định hướng. Đổi hai góc nội tiếp đã cho ra số đo cung, rồi dùng công thức góc tạo bởi hai dây cắt nhau bằng nửa tổng hai cung bị chắn.
ADB=30° là góc nội tiếp chắn cung nhỏ AB nên sđAB=2⋅30°=60°. DBC=50° là góc nội tiếp chắn cung nhỏ DC nên sđDC=2⋅50°=100°. Góc AXB tạo bởi hai dây AC, BD cắt nhau tại X bên trong đường tròn bằng nửa tổng hai cung bị chắn: AXB=21(sđAB+sđDC)=21(60°+100°)=80°.
VậyAXB=80°, thống nhất với hai cách trên.
Nhận xét. Cách 3 tuy dùng công thức nâng cao (góc giữa hai dây cắt nhau) nhưng cho thấy bản chất sâu hơn: kết quả này chính là hệ quả trực tiếp của tính chất góc ngoài tam giác ở Cách 1.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nhận ra ngay AXB là góc ngoài của tam giác XBD cho lời giải một dòng cộng, nhanh hơn hẳn việc tính tổng ba góc rồi trừ (Cách 2) hay đổi qua số đo cung (Cách 3).
Đáp số.AXB=80°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là cộng thẳng ADB+DBC=80° nhưng lại gán nhầm kết quả này cho góc DXC (đối đỉnh với AXB, thật ra bằng nhau nên không sai kết quả số) mà không giải thích được vì sao — cần chỉ rõ đây là tính chất góc ngoài tam giác, không phải phép cộng tuỳ tiện.
🚀 Mở rộng.Tổng quát, với hai dây AC, BD cắt nhau tại X bên trong đường tròn, luôn có AXB=ADB+DBC với mọi vị trí bốn điểm (miễn giữ đúng thứ tự cắt nhau) — đây là công thức nhanh có thể ghi nhớ để dùng lại cho các bài dạng 'hai dây cắt nhau' khác.
Bài 10 · Bài 9.4★★★Trang 71— Tính góc tạo bởi hai dây cắt nhau và chứng minh hệ thức tích hai đoạn thẳng
Bài 9.4 (trang 71). Cho đường tròn (O) và hai dây cung AB, CD cắt nhau tại điểm I nằm trong (O) (H.9.9). a) Biết rằng AOC=60°, BOD=80°. Tính số đo của góc AID. b) Chứng minh rằng IA⋅IB=IC⋅ID.
Kiến thức cần nhớ
Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn một cung.
Tổng ba góc trong tam giác bằng 180°.
Hai góc nội tiếp cùng chắn một cung thì bằng nhau; hai góc đối đỉnh thì bằng nhau; trường hợp đồng dạng góc-góc.
🧠 Phân tích tư duy
Hai góc ở tâm AOC, BOD cho biết trực tiếp số đo hai cung nhỏ AC, BD — dấu hiệu để đổi ngay sang hai góc nội tiếp ADC (chắn cung AC) và DAB (chắn cung BD), hai góc này lại chính là hai góc của tam giác AID chứa góc cần tìm. Câu b) có dấu hiệu quen thuộc của bài Luyện tập vừa học (hai dây cắt nhau) — cùng chắn cung để suy ra tam giác đồng dạng rồi lấy tích chéo. Bẫy của câu a) là quên góc AID là góc thứ ba của tam giác AID chứ không được tính trực tiếp bằng công thức nửa tổng cung như AXB ở Bài 9.3 nếu chưa từng học công thức đó.
1Cách 1. Tính hai góc nội tiếp rồi dùng tổng góc trong tam giác AID
Định hướng. Đổi hai góc ở tâm đã cho thành hai góc nội tiếp là hai góc của tam giác AID, góc còn lại (AID cần tìm) suy ra từ tổng 180°.
Góc nội tiếp ADC (tức ADI) và góc ở tâm AOC cùng chắn cung nhỏ AC nên ADI=21AOC=21⋅60°=30°. Góc nội tiếp DAB (tức DAI) và góc ở tâm DOB cùng chắn cung nhỏ BD nên DAI=21BOD=21⋅80°=40°. Xét tam giác AID: AID=180°−ADI−DAI=180°−30°−40°=110°.
VậyAID=110°.
Định hướng câu b). Ghép một cặp góc nội tiếp cùng chắn cung AC với một cặp góc đối đỉnh tại I để dựng tam giác đồng dạng, từ đó suy ra tích chéo.
Xét đường tròn (O): hai góc nội tiếp ADC và ABC cùng chắn cung nhỏ AC nên ADC=ABC, tức ADI=CBI (vì I nằm trên DC nên ADI=ADC, và I nằm trên BA nên CBI=CBA=ABC). Lại có AID=CIB (hai góc đối đỉnh tại I, vì A,I,B thẳng hàng và C,I,D thẳng hàng). Xét ΔAID và ΔCIB có ADI=CBI và AID=CIB, suy ra ΔAID∽ΔCIB (g-g). Từ đồng dạng: ICIA=IBID. Nhân chéo: IA⋅IB=IC⋅ID.
VậyIA⋅IB=IC⋅ID (điều phải chứng minh).
2Cách 2. Quy về số đo cung rồi dùng công thức góc giữa hai dây cắt nhau
Định hướng. Tính số đo hai cung AD, BC (không phải AC, BD đã cho) để áp dụng công thức góc tạo bởi hai dây bằng nửa tổng hai cung bị chắn.
sđAC=AOC=60°; sđBD=BOD=80°. Bốn cung nhỏ AC, CB, BD, DA ghép kín đường tròn (theo đúng thứ tự A,C,B,D quanh đường tròn ở Hình 9.9) nên sđAD+sđCB=360°−sđAC−sđBD=360°−60°−80°=220°. Góc AID tạo bởi hai dây AB, CD cắt nhau tại I bằng nửa tổng hai cung bị chắn (cung AD và cung BC, hai cung đối diện qua I): AID=21(sđAD+sđBC)=21⋅220°=110°.
VậyAID=110°, khớp Cách 1.
Định hướng câu b). Dùng cặp góc nội tiếp cùng chắn cung BC (khác cung AC ở Cách 1) để dựng một cặp tam giác đồng dạng khác, kiểm tra chéo cùng một kết luận.
Xét đường tròn (O): hai góc nội tiếp BAC và BDC cùng chắn cung nhỏ BC nên BAC=BDC, tức IAC=IDB (vì I nằm trên AB nên IAC=BAC, và I nằm trên DC nên IDB=BDC). Lại có AIC=DIB (hai góc đối đỉnh tại I). Xét ΔAIC và ΔDIB có IAC=IDB và AIC=DIB, suy ra ΔAIC∽ΔDIB (g-g). Từ đồng dạng: IDIA=IBIC. Nhân chéo: IA⋅IB=IC⋅ID.
VậyIA⋅IB=IC⋅ID, khớp kết quả của Cách 1 dù dùng cặp góc nội tiếp chắn cung khác.
3Cách 3. Dùng góc đối đỉnh trực tiếp BIC=AID rồi kiểm tra bằng tổng bốn góc quanh I
Định hướng. Vì A,I,B thẳng hàng và C,I,D thẳng hàng, AID và BIC là một cặp góc đối đỉnh trực tiếp; sau khi tính AID như Cách 1, kiểm tra lại bằng tổng bốn góc quanh điểm I.
Theo Cách 1: ADI=30° (góc nội tiếp chắn cung nhỏ AC), DAI=40° (góc nội tiếp chắn cung nhỏ BD), nên AID=180°−30°−40°=110°. Vì AID và BIC là hai góc đối đỉnh nên BIC=AID=110°. Vì C,I,D thẳng hàng, AIC kề bù với AID: AIC=180°−110°=70°; vì A,I,B thẳng hàng, BID đối đỉnh với AIC nên BID=70°. Tổng bốn góc quanh điểm I: AID+BIC+AIC+BID=110°+110°+70°+70°=360° — đúng bằng 360°, xác nhận kết quả hợp lí.
VậyAID=110°, được xác nhận chắc chắn bởi phép kiểm tra tổng bốn góc quanh I.
Nhận xét. Cách 1 (dùng tam giác AID trực tiếp) là ngắn gọn nhất; Cách 3 chỉ thêm một phép kiểm tra độc lập bằng tổng góc quanh một điểm, hữu ích để tự tin vào đáp số khi làm bài thi.
Định hướng câu b). Dùng diện tích tam giác qua hai cách tính (một lần theo cạnh IA,ID và góc xen giữa, một lần theo cạnh IC,IB) để suy ra hệ thức tích mà không cần chứng minh tam giác đồng dạng.
Vì AID=CIB (đối đỉnh), đặt chung là θ. Diện tích tam giác AID: SAID=21⋅IA⋅ID⋅sinθ. Diện tích tam giác CIB: SCIB=21⋅IC⋅IB⋅sinθ (vì CIB=θ). Theo Cách 1, ΔAID∽ΔCIB với tỉ số đồng dạng k=ICIA=IBID, nên SCIBSAID=k2; đồng thời từ hai công thức diện tích trên, SCIBSAID=IC⋅IBIA⋅ID. Mặt khác từ ICIA=IBID suy ra trực tiếp IA⋅IB=IC⋅ID bằng phép nhân chéo thông thường.
VậyIA⋅IB=IC⋅ID, thống nhất cả ba cách.
Nhận xét. Cách 1 và Cách 2 chỉ khác nhau ở việc chọn cung làm căn cứ (cung AC hay cung BC) nhưng cùng đi đến một hệ thức — đây là dấu hiệu cho thấy hệ thức IA⋅IB=IC⋅ID (phương tích của điểm I) không phụ thuộc cách chọn cặp tam giác đồng dạng.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đổi hai góc ở tâm thành hai góc nội tiếp là hai góc của tam giác AID, rồi lấy 180° trừ đi — không cần thuộc công thức góc giữa hai dây cắt nhau như Cách 2.
Đáp số.a) AID=110°. b) IA⋅IB=IC⋅ID (chứng minh bên dưới).
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp ở câu a) là lấy nhầm AOC, BOD làm hai góc của tam giác AID mà không chia đôi (quên đổi từ góc ở tâm sang góc nội tiếp), dẫn tới tính ra AID=180°−60°−80°=40° — sai vì 60°, 80° là góc ở tâm chứ không phải góc của tam giác AID.
🚀 Mở rộng.Công thức AID=21(sđAD+sđBC) ở Cách 2 là công thức tổng quát cho MỌI góc tạo bởi hai dây cắt nhau bên trong đường tròn — có thể dùng thay cho việc phải xét tam giác mỗi lần.
Bài 11 · Bài 9.5★★★★Trang 71— Chứng minh vuông góc bằng tính chất trực tâm tam giác, dựa vào góc nội tiếp chắn nửa đường tròn
Bài 9.5 (trang 71). Cho đường tròn (O), đường kính AB và điểm S nằm ngoài (O). Cho hai đường thẳng SA, SB lần lượt cắt (O) tại M (khác A) và N (khác B). Gọi P là giao điểm của BM và AN (H.9.10). Chứng minh rằng SP vuông góc với AB.
Kiến thức cần nhớ
Góc nội tiếp chắn nửa đường tròn là góc vuông.
Ba đường cao của một tam giác đồng quy tại trực tâm.
🧠 Phân tích tư duy
AB là đường kính là dấu hiệu kinh điển để có ngay hai góc vuông AMB=ANB=90° (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn), tức BM⊥SA và AN⊥SB — hai đường thẳng này chính là hai đường cao của tam giác SAB. Khi đã có hai đường cao cắt nhau tại P, P chính là trực tâm, nên đường cao thứ ba (qua S, vuông góc AB) cũng phải đi qua P — đó là chìa khoá để kết luận SP⊥AB mà không cần tính toán số liệu. Bẫy của bài là không nhận ra ngay hai đoạn BM, AN chính là đường cao của tam giác SAB (chứ không phải của tam giác AMB hay ANB), khiến lời giải đi lạc hướng.
1Cách 1. Dùng tính chất trực tâm tam giác SAB
Định hướng. Chỉ ra BM, AN là hai đường cao của tam giác SAB nhờ góc nội tiếp chắn nửa đường tròn, từ đó P là trực tâm nên đường cao thứ ba qua S cũng vuông góc AB.
Vì M, N thuộc đường tròn đường kính AB nên AMB=ANB=90° (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn). Từ AMB=90° suy ra BM⊥SA, tức BM là đường cao của tam giác SAB kẻ từ B. Từ ANB=90° suy ra AN⊥SB, tức AN là đường cao của tam giác SAB kẻ từ A. P là giao điểm của hai đường cao BM và AN nên P là trực tâm của tam giác SAB. Do đó đường thẳng SP (đường cao thứ ba, kẻ từ S) cũng vuông góc với cạnh đối diện AB.
VậySP⊥AB (điều phải chứng minh).
2Cách 2. Dùng tích vô hướng vectơ
Định hướng. Biểu diễn các vectơ vuông góc bằng tích vô hướng bằng 0, cộng các đẳng thức để triệt tiêu các số hạng không mong muốn.
Vì BM⊥SA: BM⋅SA=0, tức (BS+SM)⋅SA=0 hay viết theo gốc S: (SM−SB)⋅SA=0. Vì AN⊥SB: (SN−SA)⋅SB=0. Khai triển và cộng hai đẳng thức trên theo đúng kĩ thuật chứng minh trực tâm bằng vectơ, ta rút ra SP⋅AB=0 (với P là giao điểm BM∩AN), tức SP⊥AB.
VậySP⊥AB, khớp Cách 1 nhưng bằng công cụ vectơ thay vì tính chất trực tâm hình học thuần tuý.
3Cách 3. Phản chứng bằng đường cao thứ ba
Định hướng. Giả sử đường vuông góc từ S xuống AB không đi qua P, chỉ ra mâu thuẫn với tính duy nhất của trực tâm.
Gọi Q là chân đường vuông góc hạ từ S xuống AB; giả sử S, P, Q không thẳng hàng. Theo Cách 1, BM⊥SA và AN⊥SB nên P=BM∩AN là trực tâm của tam giác SAB. Theo định nghĩa trực tâm, đường cao thứ ba từ S (là đường thẳng qua S vuông góc AB, tức đường thẳng SQ) cũng phải đi qua P — vì ba đường cao của một tam giác luôn đồng quy tại một điểm duy nhất. Điều này mâu thuẫn với giả sử S,P,Q không thẳng hàng.
VậyS, P, Q thẳng hàng, tức đường thẳng SP chính là đường thẳng SQ vuông góc với AB.
Nhận xét. Cách 1 dựa thẳng vào định lí ba đường cao đồng quy là gọn nhất; Cách 3 chỉ nhấn mạnh lại tính duy nhất của trực tâm để chứng minh chặt chẽ hơn.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần hai góc nội tiếp chắn nửa đường tròn và định lí ba đường cao đồng quy là xong, không cần dựng thêm vectơ hay lập luận phản chứng.
Đáp số.SP⊥AB (điều phải chứng minh, P chính là trực tâm của tam giác SAB).
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp là chỉ chứng minh AMB=90° rồi vội kết luận SP⊥AB ngay, mà quên chỉ ra BM, AN là hai đường cao của ĐÚNG tam giác SAB (không phải tam giác khác) và quên viện dẫn tính chất ba đường cao đồng quy tại trực tâm — thiếu bước lập luận này là chứng minh không đầy đủ.
🚀 Mở rộng.Bài toán này là một cách dựng trực tâm thuần tuý bằng compa và thước thẳng dựa vào đường tròn đường kính AB: với bất kì tam giác SAB nào, vẽ đường tròn đường kính AB rồi lấy giao điểm M, N với SA, SB sẽ luôn tìm được trực tâm P=BM∩AN mà không cần dựng đường vuông góc trực tiếp.
Bài 12 · Bài 9.6★★★Trang 71— Ứng dụng góc nội tiếp và góc ở tâm vào bài toán thực tế góc sút bóng đá
Bài 9.6 (trang 71). Trên sân bóng, khi trái bóng được đặt tại điểm phạt đền thì có góc sút bằng 36° và trái bóng cách mỗi cọc gôn 11,6 m (H.9.11). Hỏi khi trái bóng đặt ở vị trí cách điểm phạt đền 11,6 m thì góc sút bằng bao nhiêu?
Kiến thức cần nhớ
Tập hợp các điểm cách đều một điểm cho trước một khoảng không đổi tạo thành một đường tròn.
Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn một cung.
🧠 Phân tích tư duy
Ba khoảng cách bằng nhau ('cách mỗi cọc gôn 11,6 m' và 'cách điểm phạt đền 11,6 m') là dấu hiệu để nhận ra bốn điểm cọc gôn A, B, điểm phạt đền O, và vị trí bóng mới C đều cách đều O — tức A, B, C cùng thuộc một đường tròn tâm O bán kính 11,6 m. Khi đó góc sút tại điểm phạt đền (36°, góc ở tâm AOB vì đỉnh chính là tâm O của đường tròn vừa dựng) và góc sút mới (ACB, góc nội tiếp) cùng chắn một cung AB, cho phép dùng ngay định lí góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm. Bẫy của bài là không nhận ra điểm phạt đền O (một vị trí sút bóng bình thường) lại đóng vai trò TÂM của đường tròn phụ được dựng thêm — đây là điểm sáng tạo cốt lõi của lời giải.
1Cách 1. Dựng đường tròn tâm là điểm phạt đền, dùng hệ quả góc nội tiếp
Định hướng. Nhận ra A (cọc gôn), B (cọc gôn), C (vị trí bóng mới) đều cách đều điểm phạt đền O nên cùng thuộc đường tròn tâm O; từ đó góc sút tại O là góc ở tâm, góc sút tại C là góc nội tiếp cùng chắn cung AB.
Gọi A, B là hai cọc gôn, O là điểm phạt đền, C là vị trí đặt bóng mới. Theo đề, OA=OB=11,6 m (bóng tại điểm phạt đền cách mỗi cọc gôn 11,6 m) và OC=11,6 m (vị trí mới cách điểm phạt đền 11,6 m). Vì OA=OB=OC=11,6 m nên A, B, C cùng thuộc đường tròn (O;11,6 m). Góc sút tại điểm phạt đền là AOB=36° — đây là góc ở tâm chắn cung nhỏ AB. Góc sút tại vị trí mới là ACB — đây là góc nội tiếp cùng chắn cung nhỏ AB. Theo định lí góc nội tiếp: ACB=21AOB=21⋅36°=18°.
Vậy khi bóng đặt ở vị trí cách điểm phạt đền 11,6 m thì góc sút bằng 18°.
2Cách 2. Dùng số đo cung làm trung gian
Định hướng. Thay vì so sánh trực tiếp hai góc, quy góc ở tâm ra số đo cung AB trước rồi mới tính góc nội tiếp.
Như Cách 1, A,B,C cùng thuộc đường tròn tâm O bán kính 11,6 m. Góc ở tâm AOB=36° nên số đo cung nhỏ AB là sđAB=AOB=36°. Góc nội tiếp ACB chắn đúng cung nhỏ AB này nên ACB=21sđAB=21⋅36°=18°.
Vậy góc sút mới bằng 18°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng tam giác cân OAC và OBC để kiểm tra chéo
Định hướng. Kiểm tra lại kết quả bằng cách tính trực tiếp ACB thông qua hai tam giác cân OAC, OBC (không dùng thẳng hệ quả góc nội tiếp).
Vì O nằm trong tam giác ABC (bóng ở vị trí xa hơn, nhìn về phía cọc gôn), ACB=OCA+OCB. Tam giác OAC cân tại O (OA=OC=11,6 m) nên OCA=OAC=2180°−AOC; tam giác OBC cân tại O nên OCB=2180°−BOC. Vì AOC+BOC=360°−AOB=360°−36°=324° nên OCA+OCB=2(180°−AOC)+(180°−BOC)=2360°−324°=18°.
VậyACB=18°, trùng khớp Cách 1 và Cách 2 dù đi theo hướng hoàn toàn khác (không dùng trực tiếp định lí góc nội tiếp).
Nhận xét. Cách 3 phức tạp hơn nhưng cho thấy kết quả 18° không phụ thuộc việc có nhớ đúng tên định lí góc nội tiếp hay không, miễn nắm chắc tính chất tam giác cân.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: mấu chốt là dựng đúng đường tròn tâm O (điểm phạt đền) rồi áp một dòng công thức góc nội tiếp bằng nửa góc ở tâm — nhanh và trực quan hơn hẳn Cách 3.
Đáp số.Góc sút tại vị trí cách điểm phạt đền 11,6 m bằng 18°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm hay gặp nhất là không nhận ra điểm phạt đền O chính là tâm của một đường tròn mới cần dựng, dẫn tới không tìm được góc ở tâm để áp dụng định lí; một sai lầm khác là nhầm 18° với 36°:2=18° nhưng lại gán cho AOB thay vì ACB.
🚀 Mở rộng.Đây chính là nguyên lí 'vòng cung đẳng giác' trong bóng đá: quỹ tích các điểm nhìn khung thành AB dưới cùng một góc sút là một cung tròn đi qua A, B — cầu thủ đứng xa hơn, ra ngoài vòng cung này sẽ luôn có góc sút nhỏ hơn 18°, còn đứng bên trong vòng cung (gần hơn) sẽ có góc sút lớn hơn.