Bài 1 · HĐ1★Trang 72— Nhận biết tính chất điểm trên trung trực cách đều hai đầu đoạn thẳng
HĐ1 (trang 72). Cho d là đường trung trực của đoạn thẳng AB và O là một điểm trên d (H.9.12). Hỏi đường tròn tâm O đi qua A thì có đi qua B không?
Kiến thức cần nhớ
Đường trung trực của một đoạn thẳng là tập hợp các điểm cách đều hai đầu mút của đoạn thẳng đó.
Đường tròn tâm O bán kính R là tập hợp các điểm cách O một khoảng bằng R.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu của bài là O nằm trên đường trung trực d của AB — đây chính là tập hợp mọi điểm cách đều A và B, nên không cần đo đạc cũng khẳng định được OA=OB. Bẫy dễ gặp là nghĩ rằng phải xét riêng từng vị trí cụ thể của O trên d mới kết luận được, trong khi tính chất này đúng với mọi điểm trên d.
1Cách 1. Dùng trực tiếp tính chất đường trung trực
Định hướng. Từ định nghĩa đường trung trực suy thẳng ra OA=OB, rồi dùng định nghĩa đường tròn để kết luận.
Vì O∈d và d là đường trung trực của AB nên O cách đều hai điểm A, B. Do đó OA=OB. Đường tròn tâm O đi qua A có bán kính R=OA. Vì OB=OA=R nên B cũng cách O một khoảng bằng R.
Vậy đường tròn tâm O đi qua A thì cũng đi qua B.
2Cách 2. Dùng hai tam giác vuông bằng nhau
Định hướng. Gọi I là giao điểm của d và AB (I là trung điểm AB), chứng minh OA=OB bằng hai tam giác vuông bằng nhau thay vì dùng ngay tính chất có sẵn.
Gọi I là giao điểm của d với AB; vì d là trung trực của AB nên I là trung điểm AB và d⊥AB tại I. Xét ΔOIA và ΔOIB vuông tại I có OI chung, IA=IB. Do đó ΔOIA=ΔOIB (hai cạnh góc vuông). Suy ra OA=OB.
Vậy đường tròn tâm O đi qua A thì cũng đi qua B, khớp Cách 1.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt hệ trục với d là trục tung để tính trực tiếp OA, OB bằng công thức khoảng cách.
Chọn hệ trục toạ độ có gốc là trung điểm I của AB, trục hoành chứa AB; khi đó d chính là trục tung. Đặt A(−a;0), B(a;0) với a=2AB>0, và O(0;t) với t tuỳ ý (vì O∈d). OA=(−a−0)2+(0−t)2=a2+t2. OB=(a−0)2+(0−t)2=a2+t2. Suy ra OA=OB với mọi t.
Vậy với mọi vị trí O trên d đều có OA=OB, nên đường tròn tâm O đi qua A thì cũng đi qua B.
Nhận xét. Ba cách đều quy về cùng một sự thật OA=OB; đây chính là nền tảng để định nghĩa đường tròn ngoại tiếp ở phần sau.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: áp dụng thẳng định nghĩa đường trung trực, không cần dựng thêm điểm phụ hay đặt toạ độ.
Đáp số.Có — đường tròn tâm O đi qua A thì luôn đi qua B với mọi vị trí O trên d, vì OA=OB.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn nhầm rằng chỉ khi O ở một vị trí đặc biệt trên d (chẳng hạn trung điểm AB) thì mới có OA=OB; thực ra tính chất này đúng với mọi điểm trên đường trung trực, đó chính là định nghĩa của trung trực.
🚀 Mở rộng.Đây chính là bước khởi đầu để định nghĩa đường tròn ngoại tiếp tam giác: nếu lấy thêm điểm thứ ba C và O đồng thời nằm trên trung trực của AB lẫn trung trực của AC thì O cách đều cả ba điểm A,B,C.
Bài 2 · HĐ2★Trang 72— Chứng minh đường tròn ngoại tiếp tam giác từ giao điểm ba đường trung trực
HĐ2 (trang 72). Cho tam giác ABC có ba đường trung trực đồng quy tại O (H.9.13). Hãy giải thích tại sao đường tròn (O;OA) đi qua ba đỉnh của tam giác ABC.
Kiến thức cần nhớ
Điểm nằm trên đường trung trực của một đoạn thẳng thì cách đều hai đầu mút của đoạn thẳng đó.
Đường tròn tâm O bán kính R đi qua điểm X khi và chỉ khi OX=R.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu của bài là O đồng thời thuộc cả ba đường trung trực, nên áp dụng kết quả của HĐ1 hai lần (cho cặp AB và cặp AC) là đủ để có OA=OB=OC, không cần xét cả ba cặp. Bẫy của bài là nghĩ phải chứng minh riêng lẻ cho từng cặp cạnh mà quên rằng chỉ cần hai lần áp dụng tính chất trung trực đã suy ra đủ ba đoạn bằng nhau.
1Cách 1. Dùng hai đường trung trực AB và AC
Định hướng. Chỉ cần O thuộc trung trực AB và trung trực AC là đủ suy ra OA=OB=OC.
Vì O thuộc đường trung trực của AB nên OA=OB. Vì O thuộc đường trung trực của AC nên OA=OC. Suy ra OA=OB=OC. Đường tròn (O;OA) có bán kính R=OA; vì OB=OA=R và OC=OA=R nên B, C cũng cách O một khoảng R.
Vậy đường tròn (O;OA) đi qua cả ba đỉnh A, B, C của tam giác.
2Cách 2. Dùng hai đường trung trực AB và BC (kiểm tra chéo)
Định hướng. Thay vì chọn cặp trung trực chứa đỉnh A, chọn cặp khác (chứa đỉnh B) để kiểm tra kết quả không phụ thuộc cách chọn cặp trung trực.
Vì O thuộc đường trung trực của AB nên OB=OA. Vì O thuộc đường trung trực của BC nên OB=OC. Suy ra OA=OB=OC, đúng bằng kết quả ở Cách 1.
Vậy dù chọn cặp trung trực nào trong ba cặp, ta đều suy ra OA=OB=OC, nên đường tròn (O;OA) đi qua ba đỉnh A,B,C.
3Cách 3. Phản chứng
Định hướng. Giả sử đường tròn (O;OA) không đi qua B, dẫn tới mâu thuẫn với giả thiết O thuộc trung trực AB.
Giả sử đường tròn (O;OA) không đi qua B, tức là OB=OA. Nhưng theo giả thiết O nằm trên đường trung trực của AB, nên theo tính chất đường trung trực phải có OB=OA — mâu thuẫn với điều giả sử. Vậy điều giả sử là sai, tức OB=OA; lập luận tương tự cho C cũng cho OC=OA.
Vậy đường tròn (O;OA) bắt buộc phải đi qua cả B và C, tức đi qua ba đỉnh A,B,C.
Nhận xét. Ba cách đều dẫn về cùng một đẳng thức OA=OB=OC — đây chính là điều kiện để O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chỉ cần hai đường trung trực đi qua đỉnh A là đủ, không cần xét cả ba cặp cạnh.
Đáp số.Đường tròn (O;OA) đi qua ba đỉnh A,B,C vì OA=OB=OC (do O là giao điểm ba đường trung trực của tam giác).
Sai lầm thường gặp.Có bạn nghĩ phải kiểm tra riêng cả ba cặp trung trực (AB, BC, CA) mới đủ căn cứ, trong khi thực ra chỉ cần hai cặp bất kỳ có chung một đỉnh là đã suy ra được cả ba đoạn OA,OB,OC bằng nhau (tính bắc cầu).
🚀 Mở rộng.Kết quả này chính là định nghĩa tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác: với BẤT KỲ tam giác nào (nhọn, vuông, tù), ba đường trung trực luôn đồng quy tại một điểm cách đều ba đỉnh — điểm đó là tâm đường tròn ngoại tiếp.
Bài 3 · Câu hỏi (trang 73)★Trang 73— Liệt kê các tam giác nội tiếp từ các điểm cho trước trên đường tròn
Câu hỏi (trang 73). Hãy kể tên bốn tam giác nội tiếp đường tròn (O) trong Hình 9.14.
Kiến thức cần nhớ
Một tam giác được gọi là nội tiếp đường tròn (O) khi cả ba đỉnh của nó đều nằm trên (O).
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu để nhận ra một tam giác nội tiếp (O) là cả ba đỉnh của nó đều phải nằm trên đường tròn; trong hình chỉ có đúng bốn điểm B,M,N,C nằm trên (O) (điểm A nằm ngoài đường tròn nên không được tính). Bẫy của câu hỏi là dễ vô tình kể luôn các tam giác chứa đỉnh A (như ΔABM suy biến vì A,B,M thẳng hàng, hoặc các tam giác tưởng tượng khác), trong khi A không thuộc (O) nên không tam giác nào chứa A là tam giác nội tiếp.
1Cách 1. Liệt kê trực tiếp trên hình
Định hướng. Quan sát hình, chỉ giữ lại bốn điểm nằm trên đường tròn rồi liệt kê mọi tam giác tạo bởi ba trong bốn điểm đó.
Bốn điểm nằm trên đường tròn (O) là B, M, N, C (điểm A nằm ngoài đường tròn nên không xét). Chọn ba trong bốn điểm này, có các bộ: {B,M,N}, {B,M,C}, {B,N,C}, {M,N,C}. Mỗi bộ ba điểm không thẳng hàng tạo thành một tam giác nội tiếp (O).
Vậy bốn tam giác nội tiếp đường tròn (O) là ΔBMN, ΔBMC, ΔBNC, ΔMNC.
2Cách 2. Đếm bằng tổ hợp rồi liệt kê theo đỉnh bị loại
Định hướng. Đếm trước số tam giác có thể có bằng tổ hợp chọn 3 trong 4 điểm, sau đó liệt kê theo quy tắc "mỗi tam giác ứng với đúng một đỉnh bị loại ra".
Số cách chọn 3 điểm trong 4 điểm {B,M,N,C} là C43=4. Mỗi cách chọn 3 điểm tương ứng với việc loại đi đúng 1 điểm trong 4 điểm. Loại C: được ΔBMN. Loại N: được ΔBMC. Loại M: được ΔBNC. Loại B: được ΔMNC.
Vậy có đúng bốn tam giác nội tiếp (O): ΔBMN, ΔBMC, ΔBNC, ΔMNC, khớp Cách 1.
Nhận xét. Với n điểm phân biệt trên một đường tròn (không có ba điểm thẳng hàng), số tam giác nội tiếp tạo được là Cn3.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: liệt kê trực tiếp trên hình là nhanh nhất khi số điểm còn ít (4 điểm); công thức tổ hợp ở Cách 2 chỉ thật sự cần khi số điểm nhiều.
Đáp số.Bốn tam giác nội tiếp đường tròn (O): ΔBMN, ΔBMC, ΔBNC, ΔMNC.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn kể nhầm cả những tam giác có đỉnh A (ví dụ nghĩ đến ΔABC hay ΔAMN), quên rằng A nằm ngoài đường tròn nên bất kỳ tam giác nào chứa A đều không phải là tam giác nội tiếp (O).
🚀 Mở rộng.Nếu hình có n điểm phân biệt trên đường tròn (không có ba điểm nào thẳng hàng) thì số tam giác nội tiếp tạo được từ n điểm đó là Cn3=6n(n−1)(n−2).
Bài 4 · HĐ3★★Trang 73— Chứng minh tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông là trung điểm cạnh huyền
HĐ3 (trang 73). Cho tam giác ABC vuông tại đỉnh A (H.9.15). Gọi N, P lần lượt là trung điểm của các cạnh AB và AC. a) Vẽ hai đường trung trực a, b của các cạnh AB, AC, cắt nhau tại M. b) Hãy giải thích vì sao MN, MP là các đường trung bình của tam giác ABC. c) Hãy giải thích vì sao M là trung điểm của BC, từ đó suy ra đường tròn ngoại tiếp của tam giác ABC có tâm M và bán kính MB=MC=2BC.
Kiến thức cần nhớ
Đường thẳng đi qua trung điểm một cạnh và song song với cạnh thứ hai của tam giác thì đi qua trung điểm cạnh thứ ba (định lí đường trung bình).
Đường trung bình của tam giác song song với cạnh thứ ba và bằng nửa cạnh đó.
Điểm nằm trên đường trung trực của một đoạn thẳng thì cách đều hai đầu mút của đoạn thẳng đó.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu của bài là tam giác vuông tại A — đây là gợi ý để dùng đường trung bình: trung trực a của AB vuông góc AB, mà AC cũng vuông góc AB (do góc A vuông) nên a∥AC, kết hợp a đi qua trung điểm N của AB suy ra a chính là đường trung bình. Bẫy của bài là ở ý c): phải chỉ rõ M nằm trên BC (không chỉ là điểm cách đều 3 đỉnh) mới kết luận được M là trung điểm BC, chứ không được suy luận ngược từ kết quả đã biết.
1Cách 1. Dùng đường trung bình theo đúng gợi ý SGK
Định hướng. Chỉ ra a, b song song với hai cạnh còn lại rồi áp dụng định lí đường trung bình để suy ra M nằm trên BC.
Vì a là trung trực của AB nên a⊥AB tại N (trung điểm AB); vì tam giác vuông tại A nên AC⊥AB. Suy ra a∥AC; vì a đi qua trung điểm N của AB và song song AC nên theo định lí đường trung bình, a (tức đường thẳng MN) đi qua trung điểm của BC. Tương tự, b∥AB và b đi qua trung điểm P của AC nên MP cũng đi qua trung điểm BC. Vì a và b cùng đi qua trung điểm BC và M=a∩b nên M chính là trung điểm BC. Vì M∈a (trung trực AB) nên MA=MB; vì M∈b (trung trực AC) nên MA=MC. Do đó MA=MB=MC=2BC (vì M là trung điểm BC).
VậyMN, MP là đường trung bình của tam giác ABC; M là trung điểm BC; đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC có tâm M, bán kính MB=MC=2BC.
2Cách 2. Dùng trực tiếp tính chất trung trực trước, đường trung bình sau
Định hướng. Xác định ngay M cách đều ba đỉnh nhờ tính chất trung trực, rồi mới dùng đường trung bình để chỉ ra vị trí M trên BC.
Vì M∈a (trung trực AB) nên MA=MB; vì M∈b (trung trực AC) nên MA=MC; suy ra MA=MB=MC, tức M cách đều ba đỉnh A,B,C. Mặt khác vì a⊥AB và AC⊥AB nên a∥AC, và a qua trung điểm N của AB; theo đường trung bình, MN∥AC và M là trung điểm BC. Vì M là trung điểm BC và MA=MB=MC nên MB=MC=2BC.
VậyM vừa cách đều ba đỉnh vừa là trung điểm cạnh huyền BC; đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC có tâm M, bán kính 2BC, khớp Cách 1.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt A tại gốc toạ độ với hai cạnh góc vuông nằm trên hai trục để tính toạ độ M trực tiếp bằng đại số.
Đặt A(0;0), B(2p;0), C(0;2q) với p,q>0 (do góc A vuông, AB, AC vuông góc nhau). Trung trực a của AB là đường thẳng x=p; trung trực b của AC là đường thẳng y=q. Giao điểm M=a∩b có toạ độ M(p;q). Trung điểm BC có toạ độ (22p+0;20+2q)=(p;q).
VậyM(p;q) trùng đúng trung điểm của BC, xác nhận lại kết quả của Cách 1 và Cách 2 bằng một phép tính toạ độ độc lập.
Nhận xét. Ba cách đều khẳng định: tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông chính là trung điểm cạnh huyền — đây là một định lí quan trọng sẽ dùng xuyên suốt bài học.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: bám sát gợi ý đường trung bình của đề, không cần đặt toạ độ.
Đáp số.MN, MP là đường trung bình của ΔABC; M là trung điểm BC; đường tròn ngoại tiếp ΔABC có tâm M, bán kính MB=MC=2BC.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn chỉ dừng ở việc chứng minh MA=MB=MC (tức M cách đều ba đỉnh) rồi vội kết luận M là trung điểm BC mà quên chứng minh M thực sự nằm trên đoạn BC — hai điều này không tương đương nếu thiếu lập luận về đường trung bình hoặc toạ độ.
🚀 Mở rộng.Đây chính là định lí: "Đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông có tâm là trung điểm cạnh huyền và bán kính bằng một nửa cạnh huyền" — sẽ được dùng trực tiếp không cần chứng minh lại ở Ví dụ 1 ngay sau đây.
Bài 5 · Ví dụ 1★★Trang 73— Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông
Ví dụ 1 (trang 73). Cho tam giác ABC vuông tại A có AB=2 cm, AC=4 cm. Vẽ đường tròn (O;R) ngoại tiếp tam giác ABC và tính bán kính R.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông có tâm là trung điểm cạnh huyền và bán kính bằng một nửa cạnh huyền.
Định lí Pythagore: trong tam giác vuông, bình phương cạnh huyền bằng tổng bình phương hai cạnh góc vuông.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho tam giác vuông với hai cạnh góc vuông cụ thể — dấu hiệu để dùng ngay định lí "tâm ngoại tiếp tam giác vuông là trung điểm cạnh huyền, bán kính bằng nửa cạnh huyền" vừa học ở HĐ3, chỉ cần tính BC bằng Pythagore. Bẫy của bài là quên khai căn đúng hoặc nhầm cạnh huyền với một cạnh góc vuông khi viết công thức R=2BC.
1Cách 1. Pythagore rồi áp dụng trực tiếp định lí (theo SGK)
Định hướng. Tính BC bằng Pythagore rồi lấy nửa BC làm bán kính, theo đúng định lí tam giác vuông vừa chứng minh.
Lấy O là trung điểm của BC; khi đó (O) là đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Theo định lí Pythagore: BC2=AB2+AC2=22+42=4+16=20. BC=20=25 (cm). R=2BC=225=5 (cm).
Vậy đường tròn (O) có bán kính R=5 cm.
2Cách 2. Dùng công thức R = abc/4S cho tam giác bất kì
Định hướng. Không cần biết tâm ở đâu, áp dụng công thức tổng quát R=4Sabc cho mọi tam giác.
BC2=AB2+AC2=22+42=20, suy ra BC=25 (cm). Diện tích ΔABC: S=21⋅AB⋅AC=21⋅2⋅4=4 (cm2). R=4SBC⋅CA⋅AB=4⋅425⋅4⋅2=16165=5 (cm).
VậyR=5 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng định lí sin
Định hướng. Dùng định lí sin R=2sinAa với góc A=90° để rút gọn phép tính.
BC2=AB2+AC2=22+42=20, suy ra BC=25 (cm). Vì A=90° nên sinA=1. Theo định lí sin: sinABC=2R, suy ra R=2sinABC=2⋅125=5 (cm).
VậyR=5 cm, khớp cả Cách 1 và Cách 2.
Nhận xét. Với tam giác vuông, cả ba cách đều quy về cùng công thức R=2BC — Cách 1 nhanh nhất vì tận dụng ngay tính chất riêng của tam giác vuông.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: tận dụng ngay tính chất tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông là trung điểm cạnh huyền, không cần công thức tổng quát.
Đáp số.R=5 cm.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn tính nhầm BC=AB+AC=6 cm (cộng trực tiếp hai cạnh góc vuông thay vì dùng Pythagore), dẫn tới R=3 cm sai hoàn toàn.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi AB, AC thành hai số bất kì m, n thì R=2m2+n2 — công thức tổng quát cho mọi tam giác vuông với hai cạnh góc vuông m, n.
Bài 6 · Luyện tập 1★★Trang 73— Nhận biết tam giác vuông từ bộ ba cạnh rồi tính bán kính ngoại tiếp
Luyện tập 1 (trang 73). Cho tam giác ABC có AC=3 cm, AB=4 cm và BC=5 cm. Tính bán kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.
Kiến thức cần nhớ
Định lí Pythagore đảo: nếu một tam giác có bình phương một cạnh bằng tổng bình phương hai cạnh còn lại thì tam giác đó vuông tại đỉnh đối diện cạnh lớn nhất.
Đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông có bán kính bằng một nửa cạnh huyền.
🧠 Phân tích tư duy
Bài không nói tam giác vuông nhưng bộ ba cạnh 3,4,5 là dấu hiệu quen thuộc của bộ ba Pythagore — cần kiểm tra bằng định lí Pythagore đảo trước khi áp dụng công thức bán kính tam giác vuông. Bẫy của bài là bỏ qua bước kiểm tra này và cứ mặc định tam giác vuông vì "thấy quen số 3, 4, 5", trong khi lẽ ra phải chứng minh chặt chẽ bằng AC2+AB2=BC2.
1Cách 1. Nhận diện bộ ba Pythagore rồi áp dụng trực tiếp
Định hướng. Kiểm tra AC2+AB2=BC2 để khẳng định tam giác vuông tại A, sau đó lấy nửa cạnh huyền làm bán kính.
AC2+AB2=32+42=9+16=25=BC2 (vì BC2=52=25). Theo định lí Pythagore đảo, tam giác ABC vuông tại A. Do đó đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC có tâm là trung điểm BC và bán kính R=2BC=25=2,5 (cm).
Vậy bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC là R=2,5 cm.
2Cách 2. Dùng công thức R = abc/4S
Định hướng. Dùng công thức tổng quát cho mọi tam giác thay vì tính chất riêng của tam giác vuông, để kiểm tra chéo kết quả.
Nửa chu vi p=23+4+5=6 (cm). Theo công thức Heron: S=p(p−a)(p−b)(p−c)=6⋅3⋅2⋅1=36=6 (cm2). R=4SAB⋅BC⋅CA=4⋅64⋅5⋅3=2460=2,5 (cm).
VậyR=2,5 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng định lí côsin để xác nhận góc vuông rồi tính R
Định hướng. Tính cosA bằng định lí côsin để xác nhận A=90° một cách khác với Pythagore đảo, rồi dùng định lí sin để tính R.
Theo định lí côsin: cosA=2⋅AB⋅ACAB2+AC2−BC2=2⋅4⋅316+9−25=240=0. Suy ra A=90°, tức sinA=1. Theo định lí sin: R=2sinABC=2⋅15=2,5 (cm).
VậyR=2,5 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Cách 3 không cần "nhận diện" bộ ba Pythagore, mà tính trực tiếp góc A bằng côsin — hữu ích khi bộ số không quen thuộc như 3,4,5.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nhận ra ngay 3,4,5 là bộ ba Pythagore rồi lấy nửa cạnh huyền, đây là cách nhanh nhất khi số liệu đẹp.
Đáp số.R=2,5 cm.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn quên kiểm tra tam giác có vuông hay không mà áp dụng nhầm công thức R=2BC cho một tam giác bất kì không vuông — công thức này chỉ đúng khi tam giác vuông và BC là cạnh huyền.
🚀 Mở rộng.Nếu thay bộ số (3,4,5) bằng một bộ ba cạnh bất kì không phải Pythagore, ta bắt buộc phải dùng công thức tổng quát R=4Sabc (Cách 2) hoặc định lí côsin kết hợp định lí sin (Cách 3), không còn cách tắt "lấy nửa cạnh huyền" nữa.
Bài 7 · HĐ4★★Trang 73— Khám phá tâm và bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đều
HĐ4 (trang 73-74). a) Vẽ tam giác đều ABC. Hãy trình bày cách xác định tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC và vẽ đường tròn đó. b) Giải thích vì sao tâm O của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC trùng với trọng tâm của tam giác đó (H.9.17). c) Giải thích vì sao OBM=30° và OB=33BC (với M là trung điểm của BC).
Kiến thức cần nhớ
Trong tam giác cân, đường trung trực của cạnh đáy đồng thời là đường trung tuyến, đường cao và đường phân giác của góc ở đỉnh.
Trọng tâm chia mỗi đường trung tuyến theo tỉ số 2:1 tính từ đỉnh.
Đường cao của tam giác đều cạnh a có độ dài h=23a.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu là tam giác đều — tính chất đặc biệt "cân tại mọi đỉnh" khiến mỗi đường trung trực của một cạnh đồng thời là đường trung tuyến, đường cao, đường phân giác ứng với cạnh đó, nên giao ba trung trực (tâm ngoại tiếp) trùng giao ba trung tuyến (trọng tâm). Bẫy của bài là ở ý c): phải dùng đúng tỉ lệ trọng tâm chia trung tuyến theo tỉ số 2:1 tính từ đỉnh, nếu nhầm tỉ số sẽ ra sai cả góc lẫn độ dài OB.
1Cách 1. Dùng tính chất trọng tâm và tam giác vuông OMB
Định hướng. Xác định O bằng giao hai trung trực (cũng là hai trung tuyến), rồi xét tam giác vuông OMB với OM=31 đường cao.
a) Vẽ hai đường trung trực của hai cạnh bất kì (chẳng hạn AB và AC), giao điểm là O; vẽ đường tròn tâm O bán kính OA, đó là đường tròn ngoại tiếp ΔABC. b) Vì ΔABC đều nên tam giác cân tại mỗi đỉnh; do đó trung trực của cạnh BC (ứng đỉnh A) trùng với trung tuyến, đường cao, phân giác kẻ từ A. Tương tự cho hai đỉnh còn lại. Vậy giao điểm ba trung trực (O) trùng giao điểm ba trung tuyến, tức O là trọng tâm. c) Gọi cạnh tam giác là BC=a; đường cao AM=23a (M trung điểm BC). Vì O là trọng tâm nên OM=31AM=63a; tam giác OMB vuông tại M có BM=2a. tanOBM=BMOM=2a63a=33=tan30°, suy ra OBM=30°. OB=sinOBMOM=sin30°63a=2163a=33a=33BC.
VậyO trùng trọng tâm tam giác ABC; OBM=30° và OB=33BC.
2Cách 2. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt toạ độ ba đỉnh của tam giác đều để tính trực tiếp toạ độ trọng tâm và độ dài OB bằng đại số.
Đặt B(−2a;0), C(2a;0), A(0;23a) với a=BC. Trọng tâm O=(3xA+xB+xC;3yA+yB+yC)=(0;63a). M(0;0) là trung điểm BC; OM=63a, BM=2a. OB=OM2+BM2=12a2+4a2=12a2+123a2=124a2=3a=33a. tanOBM=BMOM=33, suy ra OBM=30°.
VậyOB=33BC và OBM=30°, khớp Cách 1; đồng thời O(0;63a) chia đoạn AM theo đúng tỉ số 2:1, xác nhận O là trọng tâm.
3Cách 3. Dùng công thức bán kính ngoại tiếp và góc ở tâm
Định hướng. Dùng định lí sin để tính OB=R trực tiếp, rồi dùng tính chất tam giác cân OBC với góc ở tâm gấp đôi góc nội tiếp để suy ra OBM.
Theo định lí sin trong ΔABC: R=2sinABC=2sin60°BC=2⋅23BC=3BC=33BC, tức OB=33BC. Vì BAC=60° là góc nội tiếp chắn cung nhỏ BC, góc ở tâm BOC cùng chắn cung đó nên BOC=2⋅60°=120°. Vì OB=OC (bán kính) nên ΔOBC cân tại O; OBC=OCB=2180°−120°=30°. Vì M là trung điểm BC và OBM=OBC (cùng một góc, do M∈BC) nên OBM=30°.
VậyOBM=30° và OB=33BC, khớp hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách cho cùng kết quả nhưng dùng ba công cụ khác nhau: tính chất trọng tâm, toạ độ, và góc ở tâm — mỗi công cụ phù hợp với một dạng bài khác nhau về sau.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: tận dụng ngay tính chất trọng tâm chia trung tuyến tỉ số 2:1, không cần đặt toạ độ.
Đáp số.O trùng trọng tâm tam giác ABC; OBM=30°; OB=33BC.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm phổ biến là nhớ nhầm tỉ số trọng tâm thành 1:2 (thay vì 2:1 tính từ đỉnh), dẫn đến tính OM=32AM thay vì 31AM, làm sai cả góc OBM lẫn độ dài OB.
🚀 Mở rộng.Công thức R=33a (với a là cạnh tam giác đều) sẽ được dùng lại trực tiếp, không cần chứng minh lại, ở Ví dụ 2 và mọi bài toán liên quan tam giác đều nội tiếp sau này.
Bài 8 · Ví dụ 2★Trang 74— Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đều theo cạnh
Ví dụ 2 (trang 74). Cho tam giác đều ABC có cạnh bằng 3 cm. Vẽ đường tròn (O;R) ngoại tiếp tam giác ABC. Tính bán kính R.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn ngoại tiếp tam giác đều cạnh a có tâm là trọng tâm và bán kính R=33a.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho tam giác đều với cạnh cụ thể — dấu hiệu để áp dụng ngay công thức R=33a vừa rút ra ở HĐ4, không cần dựng lại từ đầu. Bẫy của bài là nhầm công thức bán kính ngoại tiếp R=33a với công thức bán kính nội tiếp r=63a sẽ học ngay sau — hai công thức chỉ khác nhau hệ số 2 lần nhưng dễ lẫn nếu học vẹt.
1Cách 1. Áp dụng trực tiếp công thức đã học
Định hướng. Thay a=3 vào công thức R=33a vừa chứng minh ở HĐ4.
Lấy O là giao điểm ba đường trung tuyến của ΔABC và vẽ đường tròn (O) đi qua A; đó là đường tròn ngoại tiếp ΔABC. R=33BC=33⋅3=3 (cm).
Vậy đường tròn (O) có bán kính R=3 cm.
2Cách 2. Suy luận lại từ tính chất trọng tâm (không dùng công thức có sẵn)
Định hướng. Tính trực tiếp OA=32AM (M trung điểm BC) mà không cần nhớ công thức R=33a.
Gọi M là trung điểm BC; đường cao AM=23⋅3=233 (cm). Vì O là trọng tâm nên OA=32AM=32⋅233=3 (cm).
VậyR=OA=3 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng công thức R = abc/4S
Định hướng. Dùng công thức tổng quát cho mọi tam giác để kiểm tra chéo, không phụ thuộc tính chất riêng của tam giác đều.
Diện tích tam giác đều cạnh 3: S=43⋅32=493 (cm2). R=4SAB⋅BC⋅CA=4⋅4933⋅3⋅3=9327=33=3 (cm).
VậyR=3 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Cách 1 nhanh nhất khi đã thuộc công thức; Cách 2 và Cách 3 hữu ích để tự kiểm tra lại công thức khi không chắc chắn.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: thay số trực tiếp vào công thức R=33a — nhanh gọn một dòng, không cần dựng lại từ trọng tâm.
Đáp số.R=3 cm.
Sai lầm thường gặp.Nhầm lẫn phổ biến nhất là dùng nhầm công thức bán kính nội tiếp r=63a=23 cm thay vì bán kính ngoại tiếp R=33a=3 cm — hai công thức chỉ khác hệ số nhưng bản chất khác hẳn (tâm cùng một điểm nhưng bán kính khác nhau đúng 2 lần).
🚀 Mở rộng.Nếu đổi cạnh 3 cm thành cạnh a tổng quát, bán kính luôn là R=33a — công thức này còn dùng lại theo chiều ngược (từ R suy ra a) ở Luyện tập 2 ngay sau đây.
Bài 9 · Luyện tập 2★★Trang 74— Tính cạnh tam giác đều khi biết bán kính đường tròn ngoại tiếp
Luyện tập 2 (trang 74). Cho tam giác đều ABC nội tiếp đường tròn (O) có bán kính bằng 4 cm. Tính độ dài các cạnh của tam giác.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn ngoại tiếp tam giác đều cạnh a có bán kính R=33a, suy ra a=R3.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho chiều ngược của Ví dụ 2: biết R, tìm cạnh a — chỉ cần giải ngược công thức R=33a đã có. Bẫy của bài là khi giải ngược dễ quên nhân chéo đúng, dẫn tới đặt nhầm a=3R (thiếu nghịch đảo) thay vì a=R3.
1Cách 1. Giải ngược công thức đã học
Định hướng. Từ R=33a suy ra a=R3 rồi thay số.
R=33a⇒a=33R=R3. a=43 (cm).
Vậy mỗi cạnh của tam giác ABC dài 43 cm.
2Cách 2. Dùng công thức R = abc/4S với a=b=c=x
Định hướng. Đặt cạnh cần tìm là x, biểu diễn R theo x bằng công thức tổng quát rồi giải phương trình.
Gọi x là cạnh tam giác đều; diện tích S=43x2. R=4Sx⋅x⋅x=4⋅43x2x3=3x2x3=3x. 3x=4⇒x=43 (cm).
Vậy cạnh tam giác x=43 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng định lí sin
Định hướng. Dùng trực tiếp định lí sin với góc ở đỉnh bằng 60° (đặc trưng tam giác đều), tách biệt khỏi công thức "ghi nhớ" của tam giác đều.
Theo định lí sin: sinAa=2R, với A=60° (góc của tam giác đều). a=2Rsin60°=2⋅4⋅23=43 (cm).
Vậya=43 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách tuy khác công cụ (công thức riêng tam giác đều, công thức R=abc/4S, định lí sin) nhưng đều cho cùng kết quả — chọn cách nào tuỳ vào công thức nào bạn nhớ chắc nhất.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đảo ngược công thức R=33a thành a=R3 rồi thay số, chỉ một dòng tính.
Đáp số.Mỗi cạnh của tam giác ABC dài 43 cm.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn giải ngược sai công thức, viết nhầm a=3R=34=343 cm thay vì a=R3=43 cm — nhầm chiều nghịch đảo khi chuyển vế phân số có căn ở mẫu.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi bán kính R=4 cm cho trước thành ẩn số, quan hệ a=R3 (hay R=3a) là công thức hai chiều dùng được cho mọi tam giác đều, không riêng gì bài này.
Bài 10 · HĐ5★★Trang 74— Chứng minh sự tồn tại đường tròn nội tiếp tam giác
HĐ5 (trang 74). Cho tam giác ABC có ba đường phân giác đồng quy tại điểm I. Gọi D, E, F lần lượt là chân các đường vuông góc kẻ từ I xuống các cạnh BC, CA và AB (H.9.19). a) Hãy giải thích vì sao các điểm D, E, F cùng nằm trên một đường tròn có tâm I. b) Gọi (I) là đường tròn trên. Hãy giải thích vì sao (I) tiếp xúc với các cạnh của tam giác ABC.
Kiến thức cần nhớ
Mọi điểm nằm trên tia phân giác của một góc thì cách đều hai cạnh của góc đó.
Nếu một đường thẳng đi qua một điểm của đường tròn và vuông góc với bán kính tại điểm đó thì đường thẳng là tiếp tuyến của đường tròn.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu là I đồng thời nằm trên ba đường phân giác — mỗi đường phân giác của một góc chính là tập hợp các điểm cách đều hai cạnh của góc đó, nên chỉ cần áp dụng tính chất này hai lần (tại B và tại C) là đủ suy ra ID=IE=IF. Bẫy của bài là ở ý b): phải chỉ rõ ID⊥BC (vì D là chân vuông góc) và ID=r (bán kính) mới đủ căn cứ kết luận (I) tiếp xúc BC tại D, không được chỉ nói suông "đường tròn tiếp xúc cạnh".
1Cách 1. Dùng trực tiếp tính chất tia phân giác
Định hướng. Áp dụng tính chất "điểm trên phân giác cách đều hai cạnh của góc" cho hai đỉnh B và C để suy ra ID=IE=IF.
a) Vì I nằm trên tia phân giác của B nên I cách đều hai cạnh BA, BC của góc đó, tức IF=ID (vì F, D lần lượt là chân vuông góc từ I xuống AB, BC). Vì I nằm trên tia phân giác của C nên I cách đều hai cạnh CB, CA, tức ID=IE. Suy ra ID=IE=IF, nên D, E, F cùng cách I một khoảng bằng nhau, tức cùng nằm trên một đường tròn tâm I. b) Gọi bán kính đường tròn đó là r=ID=IE=IF. Vì ID⊥BC tại D và D∈(I;r) nên theo tính chất tiếp tuyến, BC là tiếp tuyến của (I) tại D. Lập luận tương tự, CA tiếp xúc (I) tại E, AB tiếp xúc (I) tại F.
VậyD,E,F cùng nằm trên đường tròn tâm I bán kính r; đường tròn (I;r) tiếp xúc cả ba cạnh của tam giác ABC.
2Cách 2. Dùng hai cặp tam giác vuông bằng nhau
Định hướng. Tự chứng minh lại ID=IF và ID=IE bằng các tam giác vuông bằng nhau, thay vì dùng ngay tính chất phân giác có sẵn.
Xét ΔIBD và ΔIBF vuông lần lượt tại D, F: có IB chung, IBD=IBF (vì BI là phân giác B). Suy ra ΔIBD=ΔIBF (cạnh huyền – góc nhọn), do đó ID=IF. Xét ΔICD và ΔICE vuông lần lượt tại D, E: có IC chung, ICD=ICE (vì CI là phân giác C). Suy ra ΔICD=ΔICE (cạnh huyền – góc nhọn), do đó ID=IE. Kết hợp hai kết quả: ID=IE=IF, nên D,E,F cùng nằm trên đường tròn tâm I. Vì ID⊥BC, IE⊥CA, IF⊥AB tại các điểm thuộc đường tròn (I) nên (I) tiếp xúc với ba cạnh, tương tự lập luận ở Cách 1.
VậyID=IE=IF và đường tròn (I;ID) tiếp xúc cả ba cạnh của tam giác ABC, khớp Cách 1.
Nhận xét. Cách 2 thực chất là chứng minh lại đúng tính chất phân giác đã nêu ở Cách 1 bằng tam giác bằng nhau — hữu ích khi chưa được công nhận tính chất đó.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: áp dụng thẳng tính chất phân giác đã học, không cần dựng lại các cặp tam giác vuông bằng nhau.
Đáp số.D,E,F cùng nằm trên đường tròn tâm I bán kính r=ID=IE=IF; đường tròn (I;r) tiếp xúc với cả ba cạnh BC, CA, AB của tam giác ABC.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn dừng lại ở việc chứng minh ID=IE=IF rồi mặc định luôn (I) tiếp xúc ba cạnh mà quên nêu căn cứ (ID⊥BC tại điểm D thuộc đường tròn) — đây là bước bắt buộc theo đúng định nghĩa tiếp tuyến, không được bỏ qua.
🚀 Mở rộng.Đường tròn (I;r) chính là đường tròn nội tiếp tam giác ABC sẽ được định nghĩa chính thức ngay sau HĐ này; tâm I luôn là giao điểm ba đường phân giác, không phụ thuộc dạng tam giác (nhọn, vuông hay tù).
Bài 11 · Câu hỏi (trang 75)★★Trang 75— Nhận biết tính duy nhất của đường tròn nội tiếp và tính không duy nhất của tam giác ngoại tiếp
Câu hỏi (trang 75). Mỗi tam giác có bao nhiêu đường tròn nội tiếp? Có bao nhiêu tam giác cùng ngoại tiếp một đường tròn?
Kiến thức cần nhớ
Ba đường phân giác của một tam giác luôn đồng quy tại đúng một điểm.
Hai đường thẳng phân biệt cắt nhau thì chỉ cắt nhau tại đúng một điểm.
🧠 Phân tích tư duy
Câu hỏi gồm hai vế trái ngược nhau: một tam giác cho trước có duy nhất một đường tròn nội tiếp (vì ba phân giác chỉ đồng quy tại đúng một điểm), nhưng một đường tròn cho trước lại có vô số tam giác ngoại tiếp nó (chỉ cần vẽ ba tiếp tuyến đôi một cắt nhau tạo tam giác, có vô số cách chọn ba tiếp tuyến như vậy). Bẫy của câu hỏi là lẫn lộn hai chiều "tam giác → đường tròn" và "đường tròn → tam giác" — chiều thứ nhất là duy nhất, chiều thứ hai là vô số.
1Cách 1. Lập luận trực tiếp từ tính đồng quy và minh hoạ dựng tiếp tuyến
Định hướng. Dùng tính chất "ba phân giác đồng quy tại đúng một điểm" cho vế thứ nhất, và minh hoạ có vô số cách chọn ba tiếp tuyến cho vế thứ hai.
Với một tam giác ABC cho trước, ba đường phân giác trong luôn đồng quy tại đúng một điểm I — đây là điểm duy nhất cách đều ba cạnh, nên chỉ có đúng một đường tròn nội tiếp (I;r). Ngược lại, với một đường tròn (O;R) cho trước, có thể vẽ vô số bộ ba tiếp tuyến của (O) đôi một cắt nhau (chỉ cần chọn ba tiếp điểm khác nhau tuỳ ý trên đường tròn); mỗi bộ ba tiếp tuyến như vậy tạo thành một tam giác ngoại tiếp (O) khác nhau.
Vậy mỗi tam giác có đúng một đường tròn nội tiếp; có vô số tam giác cùng ngoại tiếp một đường tròn cho trước.
2Cách 2. Phản chứng cho tính duy nhất
Định hướng. Chứng minh chặt chẽ hơn cho vế thứ nhất bằng phản chứng: giả sử có hai đường tròn nội tiếp khác tâm.
Giả sử tam giác ABC có hai đường tròn nội tiếp phân biệt, tâm lần lượt là I1 và I2 (I1=I2). Vì cả (I1) và (I2) đều tiếp xúc với hai cạnh của một góc bất kì (chẳng hạn góc B) nên cả I1, I2 đều nằm trên tia phân giác của B; tương tự cả hai đều nằm trên tia phân giác của C. Nhưng hai tia phân giác của B và C là hai đường thẳng cắt nhau tại đúng một điểm, nên I1=I2 — mâu thuẫn với giả sử I1=I2. Với vế thứ hai, vẫn dựng được vô số tam giác ngoại tiếp một đường tròn cho trước như lập luận ở Cách 1.
Vậy phản chứng khẳng định lại: mỗi tam giác chỉ có một đường tròn nội tiếp; trong khi một đường tròn có vô số tam giác ngoại tiếp nó.
Nhận xét. Sự bất đối xứng này (một chiều duy nhất, một chiều vô số) đến từ việc tam giác có đúng ba phân giác cố định, còn đường tròn có vô số tiếp tuyến để chọn.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: nêu thẳng tính đồng quy duy nhất của ba phân giác, không cần phản chứng dài dòng.
Đáp số.Mỗi tam giác có đúng một đường tròn nội tiếp; có vô số tam giác cùng ngoại tiếp một đường tròn cho trước.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn nhầm lẫn hai chiều của câu hỏi, cho rằng "cả tam giác lẫn đường tròn đều duy nhất một chiều" — thực ra chỉ chiều tam giác → đường tròn nội tiếp là duy nhất, còn chiều ngược lại (đường tròn → tam giác ngoại tiếp) luôn có vô số kết quả.
🚀 Mở rộng.Tương tự, mỗi tam giác cũng có đúng một đường tròn ngoại tiếp (do ba trung trực đồng quy duy nhất), nhưng có vô số tam giác cùng nội tiếp một đường tròn cho trước (chỉ cần chọn ba điểm bất kì trên đường tròn đó) — đúng như minh hoạ ở Câu hỏi trang 73 với bốn tam giác nội tiếp cùng một đường tròn.
Bài 12 · HĐ6★★Trang 75— Chứng minh tâm và bán kính đường tròn nội tiếp tam giác đều
HĐ6 (trang 75). Cho tam giác ABC đều có trọng tâm G. a) Giải thích vì sao G cũng là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC. b) Từ đó, giải thích vì sao bán kính đường tròn nội tiếp tam giác ABC bằng một nửa bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC và bằng 63BC.
Kiến thức cần nhớ
Trong tam giác đều, mỗi đường trung tuyến đồng thời là đường phân giác, đường cao và đường trung trực ứng với cạnh đối diện.
Trọng tâm chia mỗi trung tuyến theo tỉ số 2:1 tính từ đỉnh: đoạn từ đỉnh dài gấp đôi đoạn từ trọng tâm đến cạnh đối diện.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu là tam giác đều — vẫn tính chất quen thuộc "trung tuyến trùng phân giác" đã dùng ở HĐ4, nhưng lần này áp cho phân giác thay vì trung trực, nên giao ba trung tuyến (trọng tâm G) cũng chính là giao ba phân giác (tâm nội tiếp). Bẫy của bài là ở ý b): phải dùng đúng GM=31AM (khoảng cách từ trọng tâm đến cạnh, tức bán kính nội tiếp) chứ không phải GA=32AM (bán kính ngoại tiếp) — hai đoạn này dễ lẫn vì cùng nằm trên đường cao AM.
1Cách 1. Dùng tính chất tam giác đều trực tiếp
Định hướng. Chỉ ra ba trung tuyến trùng ba phân giác để suy ra G là tâm nội tiếp, rồi dùng tỉ số 1:2 giữa hai đoạn trên cùng đường cao.
a) Vì ΔABC đều nên tam giác cân tại mỗi đỉnh; do đó trung tuyến kẻ từ mỗi đỉnh đồng thời là phân giác của góc tại đỉnh đó (tính chất tam giác cân). Vậy giao ba trung tuyến (G, trọng tâm) trùng giao ba phân giác, tức G là tâm đường tròn nội tiếp. b) Gọi M là trung điểm BC, AM là đường cao đồng thời trung tuyến. Bán kính nội tiếp r=GM (khoảng cách từ G đến cạnh BC); bán kính ngoại tiếp R=GA (theo HĐ4). Vì G là trọng tâm nên GA=32AM và GM=31AM. Rr=GAGM=32AM31AM=21, suy ra r=2R. Vì R=33BC (đã có ở HĐ4) nên r=21⋅33BC=63BC.
VậyG là tâm đường tròn nội tiếp ΔABC; bán kính nội tiếp r=2R=63BC.
2Cách 2. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt toạ độ ba đỉnh như ở HĐ4 để tính khoảng cách từ trọng tâm đến cạnh BC bằng công thức khoảng cách điểm–đường thẳng.
Đặt B(−2a;0), C(2a;0), A(0;23a) với a=BC; trọng tâm G=(0;63a) (đã tính ở HĐ4 Cách 2). Đường thẳng BC chính là trục hoành y=0; khoảng cách từ G đến BC là r=63a. Vì cạnh AB, AC cũng cách đều G một khoảng bằng r này (do đối xứng của tam giác đều), nên G cách đều cả ba cạnh, tức G là tâm nội tiếp. So với R=GA=33a (HĐ4), ta có Rr=33a63a=21.
Vậyr=63BC=2R, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng công thức diện tích r = S/p
Định hướng. Dùng công thức tổng quát liên hệ diện tích, nửa chu vi và bán kính nội tiếp — không phụ thuộc tính chất riêng "trung tuyến trùng phân giác" của tam giác đều.
Với tam giác đều cạnh a=BC: diện tích S=43a2; nửa chu vi p=23a. Công thức tổng quát: S=r⋅p, suy ra r=pS=23a43a2=43a2⋅3a2=63a. Vì R=33a nên Rr=33a63a=21.
Vậyr=63BC=2R, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Công thức S=r⋅p ở Cách 3 là công thức tổng quát cho MỌI tam giác (không riêng tam giác đều), rất hữu ích để tính r khi không có tính chất đối xứng đặc biệt.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: tận dụng ngay tỉ số 2:1 của trọng tâm trên cùng một đường cao, không cần toạ độ hay công thức diện tích.
Đáp số.G là tâm đường tròn nội tiếp ΔABC; bán kính nội tiếp r=2R=63BC.
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn lấy nhầm GA (đoạn từ đỉnh đến trọng tâm, chính là R) làm bán kính nội tiếp thay vì GM (đoạn từ trọng tâm đến cạnh, chính là r) — hai đoạn này cùng nằm trên đường cao AM nhưng có độ dài khác nhau đúng 2 lần.
🚀 Mở rộng.Công thức r=63a và quan hệ r=2R chỉ đúng riêng cho tam giác đều; với tam giác thường, bán kính nội tiếp và ngoại tiếp không có quan hệ cố định đơn giản như vậy, phải tính riêng từng cái bằng công thức r=pS và R=4Sabc.
Bài 13 · Ví dụ 3★★Trang 75— Tính các góc tạo bởi tâm đường tròn nội tiếp với các đỉnh tam giác
Ví dụ 3 (trang 75). Cho tam giác ABC ngoại tiếp đường tròn (I). Biết rằng A=40°, B=60°. Tính số đo của các góc BIC, CIA và AIB.
Kiến thức cần nhớ
Tổng ba góc trong một tam giác bằng 180°.
Tâm đường tròn nội tiếp tam giác là giao điểm ba đường phân giác của tam giác đó.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho hai góc của tam giác và hỏi ba góc tạo bởi tâm nội tiếp I với từng cặp đỉnh — dấu hiệu để dùng tính chất I là giao ba phân giác, mỗi góc như BIC nằm trong tam giác BIC với hai góc đáy bằng nửa góc B, góc C của tam giác gốc. Bẫy của bài là quên tính góc C=180°−A−B trước khi tính các góc còn lại, hoặc nhầm lẫn chia đôi sai góc (chia đôi góc B khi tính góc liên quan tới C).
1Cách 1. Tính từng góc bằng tổng ba góc của tam giác con (theo SGK)
Định hướng. Tính góc C trước, rồi xét lần lượt ba tam giác BIC, CIA, AIB để tính từng góc cần tìm.
Vì tổng ba góc của ΔABC bằng 180° nên ACB=180°−BAC−ABC=180°−40°−60°=80°. Vì ΔABC ngoại tiếp (I) nên I là giao điểm ba đường phân giác: CAI=BAI=2BAC=20°; CBI=ABI=2ABC=30°; ACI=BCI=2ACB=40°. Xét ΔBIC: BIC=180°−CBI−BCI=180°−30°−40°=110°. Xét ΔCIA: CIA=180°−ACI−CAI=180°−40°−20°=120°. Xét ΔAIB: AIB=180°−ABI−BAI=180°−30°−20°=130°.
VậyBIC=110°, CIA=120°, AIB=130°.
2Cách 2. Dùng công thức tổng quát góc tại tâm nội tiếp
Định hướng. Dùng trực tiếp công thức BIC=90°+2A (và hai công thức tương tự) suy ra từ chính lập luận ở Cách 1, để tính nhanh không cần lập lại từng tam giác con.
Với mọi tam giác ngoại tiếp (I), ta có BIC=90°+2A; CIA=90°+2B; AIB=90°+2C (suy từ tổng góc tam giác con như Cách 1). ACB=180°−40°−60°=80°. BIC=90°+240°=90°+20°=110°. CIA=90°+260°=90°+30°=120°. AIB=90°+280°=90°+40°=130°.
VậyBIC=110°, CIA=120°, AIB=130°, khớp Cách 1.
3Cách 3. Tính hai góc rồi suy góc thứ ba từ tổng quanh điểm I
Định hướng. Chỉ cần tính hai trong ba góc theo Cách 1, góc còn lại suy ra từ tổng ba góc quanh điểm I bằng 360°.
ACB=180°−40°−60°=80°. Tính BIC=180°−2B−2C=180°−30°−40°=110° (như Cách 1). Tính CIA=180°−2C−2A=180°−40°−20°=120° (như Cách 1). Vì ba góc BIC, CIA, AIB nằm quanh điểm I và có tổng bằng 360° nên AIB=360°−BIC−CIA=360°−110°−120°=130°.
VậyBIC=110°, CIA=120°, AIB=130°, khớp hai cách trên.
Nhận xét. Việc tổng ba góc quanh I bằng 360° (khớp 110°+120°+130°=360°) là một phép kiểm tra chéo hữu ích cho cả ba cách.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: công thức BIC=90°+2A cho lời giải một dòng mỗi góc, nhanh hơn hẳn việc xét lại tổng góc từng tam giác con.
Đáp số.BIC=110°; CIA=120°; AIB=130°.
Sai lầm thường gặp.Sai lầm phổ biến là quên tính góc C=80° trước, dẫn tới thiếu dữ kiện khi tính AIB (cần nửa góc C); cũng có bạn chia đôi nhầm góc (dùng nửa góc B khi lẽ ra phải dùng nửa góc C trong công thức AIB=90°+2C).
🚀 Mở rộng.Công thức BIC=90°+2A (và hai công thức tương tự cho CIA, AIB) đúng với MỌI tam giác ngoại tiếp một đường tròn — sẽ được dùng lại trực tiếp không cần chứng minh lại ở Bài 9.16 (SBT) và nhiều bài toán liên quan tâm nội tiếp khác.
Bài 14 · Luyện tập 3★Trang 76— Tính bán kính đường tròn nội tiếp tam giác đều theo cạnh
Luyện tập 3 (trang 76). Cho tam giác đều ABC (H.9.22). a) Vẽ đường tròn (I;r) nội tiếp tam giác ABC. b) Biết rằng BC=4 cm, hãy tính bán kính r.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn nội tiếp tam giác đều cạnh a có tâm là trọng tâm và bán kính r=63a.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho tam giác đều với cạnh cụ thể — dấu hiệu để áp dụng ngay công thức r=63a vừa rút ra ở HĐ6, tương tự cách làm ở Ví dụ 2 nhưng đổi từ bán kính ngoại tiếp sang nội tiếp. Bẫy của bài là nhầm lẫn công thức này với công thức bán kính ngoại tiếp R=33a đã học trước đó — hai công thức chỉ khác hệ số 2 lần nên rất dễ lẫn khi làm nhanh.
1Cách 1. Áp dụng trực tiếp công thức đã học
Định hướng. Thay a=4 vào công thức r=63a vừa chứng minh ở HĐ6.
a) Xác định I là giao điểm ba đường phân giác (cũng là trọng tâm) của ΔABC; kẻ ID⊥BC tại D rồi vẽ đường tròn (I;ID) — đó là đường tròn nội tiếp ΔABC. b) r=63BC=63⋅4=643=323 (cm).
Vậy bán kính đường tròn nội tiếp ΔABC là r=323 cm.
2Cách 2. Dùng công thức r = S/p
Định hướng. Dùng công thức tổng quát liên hệ diện tích và nửa chu vi, không phụ thuộc công thức riêng của tam giác đều.
Diện tích ΔABC: S=43⋅42=43⋅16=43 (cm2). Nửa chu vi: p=23⋅4=6 (cm). r=pS=643=323 (cm).
Vậyr=323 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng quan hệ r = R/2
Định hướng. Tính bán kính ngoại tiếp R trước (theo công thức đã học ở Ví dụ 2), rồi dùng quan hệ r=2R vừa chứng minh ở HĐ6.
R=33BC=33⋅4=343 (cm). Theo HĐ6, r=2R=21⋅343=643=323 (cm).
Vậyr=323 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách cho cùng kết quả; Cách 1 nhanh nhất khi thuộc công thức, Cách 2 và Cách 3 hữu ích để tự kiểm tra chéo.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: thay a=4 vào công thức r=63a đã thuộc, khỏi tính lại diện tích hay bán kính ngoại tiếp.
Đáp số.r=323 cm.
Sai lầm thường gặp.Nhầm lẫn phổ biến là dùng nhầm công thức bán kính ngoại tiếp R=33⋅4=343 cm thay vì bán kính nội tiếp r=63⋅4=323 cm — hai kết quả khác nhau đúng 2 lần.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi BC=4 cm thành cạnh a tổng quát, bán kính nội tiếp luôn là r=63a; đây chính là công thức sẽ dùng lại ở Bài 9.11 và Bài 9.12 (bài tập cuối bài) khi đề cho chiều ngược (biết r, tìm cạnh).
Bài 15 · Bài 9.7★★Trang 76— Tính bán kính ngoại tiếp tam giác vuông cân
Bài 9.7 (trang 76). Cho đường tròn (O) ngoại tiếp tam giác ABC. Tính bán kính của (O), biết rằng tam giác ABC vuông cân tại A và có cạnh bên bằng 22 cm.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông có tâm là trung điểm cạnh huyền và bán kính bằng một nửa cạnh huyền.
Trong tam giác vuông cân, hai cạnh góc vuông (cạnh bên) bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho tam giác vuông cân — vừa là tam giác vuông (dùng được tính chất tâm ngoại tiếp là trung điểm cạnh huyền) vừa có hai cạnh góc vuông bằng nhau (giúp Pythagore tính nhanh). Bẫy của bài là nhầm "cạnh bên" (hai cạnh góc vuông bằng nhau trong tam giác vuông cân) với "cạnh huyền" khi thay số vào Pythagore.
1Cách 1. Pythagore rồi áp dụng tính chất tam giác vuông
Định hướng. Tính cạnh huyền BC bằng Pythagore (hai cạnh góc vuông bằng nhau) rồi lấy nửa BC làm bán kính.
Vì ΔABC vuông cân tại A nên AB=AC=22 cm. BC2=AB2+AC2=(22)2+(22)2=8+8=16. BC=16=4 (cm). R=2BC=24=2 (cm).
Vậy bán kính đường tròn (O) là R=2 cm.
2Cách 2. Dùng công thức R = abc/4S
Định hướng. Dùng công thức tổng quát cho mọi tam giác để kiểm tra chéo.
BC2=(22)2+(22)2=16, suy ra BC=4 (cm). Diện tích ΔABC: S=21⋅AB⋅AC=21⋅22⋅22=21⋅8=4 (cm2). R=4SAB⋅AC⋅BC=4⋅422⋅22⋅4=168⋅4=1632=2 (cm).
VậyR=2 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng định lí sin với góc 45°
Định hướng. Dùng định lí sin với góc nhọn B=45° (đặc trưng tam giác vuông cân) thay vì tính qua góc vuông A.
Vì ΔABC vuông cân tại A nên B=C=45°. BC2=(22)2+(22)2=16, suy ra BC=4 (cm). Theo định lí sin: sinBAC=2R, suy ra R=2sinBAC=2sin45°22=2⋅2222=222=2 (cm).
VậyR=2 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Cách 1 nhanh nhất vì tận dụng ngay tính chất riêng của tam giác vuông; Cách 3 hữu ích khi đề cho góc thay vì cạnh vuông góc.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: Pythagore rồi lấy nửa cạnh huyền, không cần công thức tổng quát hay định lí sin.
Đáp số.R=2 cm.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn nhầm "cạnh bên 22 cm" là cạnh huyền nên tính luôn R=222=2 cm — sai vì 22 cm là độ dài MỖI cạnh góc vuông, còn cạnh huyền BC=4 cm phải tính qua Pythagore.
🚀 Mở rộng.Nếu đổi cạnh bên 22 cm thành cạnh bên m tổng quát, bán kính ngoại tiếp tam giác vuông cân luôn là R=2m2=2m (suy từ BC=m2, R=2BC).
Bài 16 · Bài 9.8★★Trang 76— Tính diện tích tam giác đều khi biết bán kính đường tròn ngoại tiếp
Bài 9.8 (trang 76). Cho tam giác đều ABC nội tiếp đường tròn (O). Biết rằng đường tròn (O) có bán kính bằng 3 cm. Tính diện tích tam giác ABC.
Kiến thức cần nhớ
Tam giác đều cạnh a nội tiếp đường tròn bán kính R=33a, suy ra a=R3.
Diện tích tam giác đều cạnh a là S=43a2.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho bán kính ngoại tiếp và hỏi diện tích — cần bắc cầu qua cạnh a: từ R suy ra a=R3 (như Luyện tập 2), rồi từ a tính diện tích bằng công thức tam giác đều. Bẫy của bài là tính nhầm cạnh trước khi bình phương, hoặc quên bình phương a khi thay vào công thức diện tích S=43a2.
1Cách 1. Tính cạnh rồi thay vào công thức diện tích
Định hướng. Suy cạnh a từ R trước, sau đó thay vào công thức diện tích tam giác đều.
2Cách 2. Chia tam giác thành ba tam giác cân bằng nhau qua tâm O
Định hướng. Không cần tính cạnh, chia ΔABC thành ba tam giác OAB, OBC, OCA bằng nhau, mỗi tam giác có góc ở đỉnh O bằng 120°.
Vì O là tâm nên OA=OB=OC=R=3 cm; ba tam giác OAB, OBC, OCA bằng nhau (c.c.c) nên có diện tích bằng nhau. Góc ở tâm mỗi tam giác: AOB=BOC=COA=3360°=120°. Diện tích một tam giác con: SOAB=21⋅OA⋅OB⋅sinAOB=21⋅3⋅3⋅sin120°=21⋅9⋅23=493 (cm2). SABC=3⋅SOAB=3⋅493=4273 (cm2).
VậyS=4273 cm2, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng công thức S = abc/4R
Định hướng. Dùng công thức nghịch đảo của R=4Sabc để tính S trực tiếp từ R và cạnh a vừa tìm.
a=R3=33 (cm), nên a=b=c=33 cm. Từ R=4Sabc suy ra S=4Rabc=4⋅3(33)3. (33)3=27⋅33=813. S=12813=4273 (cm2).
VậyS=4273 cm2, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Cách 2 (chia ba tam giác qua tâm) là kĩ thuật mạnh, áp dụng được cho cả đa giác đều nội tiếp n cạnh chứ không riêng tam giác.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: suy cạnh từ R rồi thay công thức diện tích, ít bước tính nhất.
Đáp số.S=4273 cm2.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn quên bình phương cạnh khi thay vào công thức diện tích, tính nhầm S=43⋅33=49 cm2 (dùng a thay vì a2) — sai vì công thức diện tích tam giác đều bắt buộc phải bình phương cạnh.
🚀 Mở rộng.Cách 2 (chia ba tam giác cân qua tâm) tổng quát hoá cho diện tích đa giác đều n cạnh nội tiếp đường tròn bán kính R: S=2nR2sinn360°.
Bài 17 · Bài 9.9★★★Trang 76— Chứng minh đẳng thức góc liên quan tâm ngoại tiếp và trực tâm
Bài 9.9 (trang 76). Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn (O). Gọi H là trực tâm của tam giác ABC. Chứng minh rằng BAH=OAC.
Kiến thức cần nhớ
Trong đường tròn, góc ở tâm bằng hai lần góc nội tiếp cùng chắn một cung.
Trong tam giác cân, hai góc ở đáy bằng nhau.
Trong tam giác vuông, hai góc nhọn phụ nhau (tổng bằng 90°).
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu là cả hai góc BAH và OAC đều "nhìn về phía cạnh BC" từ đỉnh A, gợi ý quy cả hai về cùng biểu thức 90°−B: BAH tính được từ tam giác vuông chứa đường cao AH, còn OAC tính được từ tam giác cân OAC với góc ở tâm gấp đôi góc nội tiếp B. Bẫy của bài là cố chứng minh hai góc bằng nhau bằng cách so sánh trực tiếp hai tam giác chứa chúng (không có tam giác bằng nhau rõ ràng), thay vì quy cả hai về một biểu thức trung gian chung.
1Cách 1. Quy cả hai góc về biểu thức 90° − B
Định hướng. Tính OAC qua tam giác cân OAC và góc ở tâm, tính BAH qua tam giác vuông chứa đường cao, rồi so sánh hai kết quả.
Gọi K là chân đường cao kẻ từ A xuống BC (nên H∈AK, vì H là trực tâm). Vì ABC là góc nội tiếp và AOC là góc ở tâm của (O) cùng chắn cung nhỏ AC nên AOC=2ABC. Vì OA=OC (bán kính) nên ΔOAC cân tại O: OAC=2180°−AOC=90°−ABC. Xét ΔAKB vuông tại K: BAK+ABK=90°, suy ra BAH=BAK=90°−ABC (vì H∈AK nên BAH=BAK).
VậyBAH=90°−ABC=OAC (đpcm).
2Cách 2. Dựng đường kính AA' để dùng góc nội tiếp chắn nửa đường tròn
Định hướng. Vẽ thêm đường kính AA′ của (O); khi đó tia AO và tia AA′ là cùng một tia, nên OAC=A′AC, và A′AC tính được nhờ tam giác vuông ACA′ (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
Vẽ đường kính AA′ của (O); vì O∈AA′ nên OAC=A′AC. Vì AA′ là đường kính nên ACA′=90° (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn). Vì AA′C và ABC là hai góc nội tiếp cùng chắn cung nhỏ AC nên AA′C=ABC. Xét ΔACA′ vuông tại C: A′AC=90°−AA′C=90°−ABC. Vậy OAC=A′AC=90°−ABC; mặt khác theo Cách 1, BAH=90°−ABC.
VậyOAC=BAH=90°−ABC (đpcm), khớp Cách 1 nhưng chứng minh OAC bằng một đường phụ khác (đường kính AA′).
Nhận xét. Cả hai cách đều đưa hai góc cần so sánh về cùng biểu thức 90°−B — đây chính là kĩ thuật "quy về đại lượng trung gian" thường dùng khi hai góc không thuộc chung một tam giác hay một cặp tam giác bằng nhau rõ ràng.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: không cần vẽ thêm đường kính phụ, chỉ dùng tam giác cân OAC và tam giác vuông chứa đường cao.
Đáp số.BAH=OAC=90°−ABC (đpcm).
Sai lầm thường gặp.Nhiều bạn cố tìm hai tam giác bằng nhau chứa trực tiếp BAH và OAC rồi bế tắc vì không có cặp tam giác bằng nhau rõ ràng — chìa khoá của bài là quy CẢ HAI góc về cùng một biểu thức trung gian (90°−B) chứ không so sánh trực tiếp hai tam giác.
🚀 Mở rộng.Kết quả BAH=OAC cho thấy tia AH (đường cao) và tia AO (đường nối tâm) đối xứng nhau qua đường phân giác của góc BAC — đây là một tính chất đẹp liên hệ trực tâm và tâm ngoại tiếp, thường gặp trong các bài toán nâng cao về tam giác.
Bài 18 · Bài 9.10★★★Trang 76— Chứng minh tổng hai góc đối của tứ giác tạo bởi tâm nội tiếp và hai tiếp điểm
Bài 9.10 (trang 76). Cho đường tròn (I) nội tiếp tam giác ABC với các tiếp điểm trên các cạnh AB, AC lần lượt là E, F. Chứng minh rằng EIF+BAC=180°.
Kiến thức cần nhớ
Tổng bốn góc trong một tứ giác bằng 360°.
Nếu một đường thẳng vuông góc với bán kính tại tiếp điểm thì đường thẳng đó là tiếp tuyến của đường tròn.
🧠 Phân tích tư duy
Dấu hiệu của bài là E, F là các tiếp điểm nên IE⊥AB và IF⊥AC, tạo ra tứ giác AEIF có hai góc vuông tại E và F — đây chính là chìa khoá để tính tổng góc A và góc I bằng cách trừ 360° cho hai góc vuông đã biết. Bẫy của bài là quên rằng EIF và BAC (tức góc A của tứ giác AEIF) là hai góc ĐỐI NHAU trong tứ giác này, dễ nhầm lẫn thứ tự các đỉnh khi liệt kê tứ giác.
1Cách 1. Dùng tổng bốn góc của tứ giác AEIF
Định hướng. Xét tứ giác AEIF với hai góc vuông tại E, F (do E, F là tiếp điểm), rồi dùng tổng bốn góc bằng 360°.
Vì E là tiếp điểm của (I) trên AB nên IE⊥AB, tức AEI=90°. Vì F là tiếp điểm của (I) trên AC nên IF⊥AC, tức AFI=90°. Xét tứ giác AEIF: EAF+AEI+EIF+IFA=360°. BAC+90°+EIF+90°=360° (vì EAF=BAC, cùng là góc A). BAC+EIF=360°−180°=180°.
VậyEIF+BAC=180° (đpcm).
2Cách 2. Dùng tứ giác nội tiếp đường tròn đường kính AI
Định hướng. Nhận ra AEIF là tứ giác nội tiếp (vì có hai góc vuông đối nhau tại E, F cùng nhìn đoạn AI), rồi dùng tính chất tổng hai góc đối của tứ giác nội tiếp.
Vì AEI=AFI=90° nên E, F cùng nhìn đoạn AI dưới một góc vuông, tức E, F cùng nằm trên đường tròn đường kính AI; vậy tứ giác AEIF nội tiếp đường tròn đường kính AI. Trong tứ giác nội tiếp, tổng hai góc đối nhau bằng 180°; xét theo thứ tự đỉnh A−E−I−F thì A và I là hai đỉnh đối nhau. Do đó EAF+EIF=180°, tức BAC+EIF=180°.
VậyEIF+BAC=180° (đpcm), khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng hai tam giác vuông bằng nhau AEI, AFI
Định hướng. Chứng minh ΔAEI=ΔAFI rồi tính AIE trong tam giác vuông AEI, từ đó suy ra EIF=2AIE và cộng với góc A.
Vì AE, AF là hai tiếp tuyến kẻ từ A đến (I) nên AE=AF; lại có IE=IF=r (bán kính) và AI chung. Xét ΔAEI và ΔAFI vuông tại E, F: có AI chung, IE=IF, nên ΔAEI=ΔAFI (cạnh huyền – cạnh góc vuông). Suy ra IAE=IAF=2BAC và AIE=AIF. Xét ΔAEI vuông tại E: AIE=90°−IAE=90°−2BAC. EIF=AIE+AIF=2AIE=2(90°−2BAC)=180°−BAC.
VậyEIF=180°−BAC, tức EIF+BAC=180° (đpcm), khớp hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách đều khai thác hai góc vuông tại E, F nhưng theo ba hướng khác nhau: tổng góc tứ giác, tứ giác nội tiếp, và tam giác vuông bằng nhau đối xứng qua AI.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: tính trực tiếp bằng tổng bốn góc tứ giác AEIF, không cần nhận diện tứ giác nội tiếp hay dựng tam giác bằng nhau.
Đáp số.EIF+BAC=180° (đpcm).
Sai lầm thường gặp.Một số bạn nhầm cặp góc đối trong tứ giác AEIF, tưởng AEI và AFI là hai góc đối (thực ra chúng đối nhau qua đường chéo AI, không đối theo thứ tự đỉnh của tứ giác) dẫn tới ghép sai cặp góc cần cộng bằng 180°.
🚀 Mở rộng.Kết quả này là trường hợp riêng của công thức tổng quát BIC=90°+2A đã gặp ở Ví dụ 3: có thể chứng minh EIF=180°−BAC tương đương với EIF=2(90°−2A), cùng bản chất với công thức góc tại tâm nội tiếp.
Bài 19 · Bài 9.11★★Trang 76— Tính cạnh tam giác đều khi biết bán kính đường tròn nội tiếp
Bài 9.11 (trang 76). Cho tam giác đều ABC ngoại tiếp đường tròn (I). Tính độ dài các cạnh của tam giác ABC biết rằng bán kính của (I) bằng 1 cm.
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn nội tiếp tam giác đều cạnh a có bán kính r=63a, suy ra a=23r.
🧠 Phân tích tư duy
Đề cho chiều ngược của Luyện tập 3: biết r, tìm cạnh a — chỉ cần giải ngược công thức r=63a đã có ở HĐ6. Bẫy của bài là giải ngược sai, quên nhân cả tử và mẫu cho hợp lí khi chuyển r=63a thành a=36r=23r.
1Cách 1. Giải ngược công thức đã học
Định hướng. Từ r=63a suy ra a=23r rồi thay số.
r=63a⇒a=36r=36r3=23r. a=23⋅1=23 (cm).
Vậy mỗi cạnh của tam giác ABC dài 23 cm.
2Cách 2. Dùng công thức r = S/p với a=b=c=x
Định hướng. Đặt cạnh cần tìm là x, biểu diễn r theo x bằng công thức diện tích chia nửa chu vi rồi giải phương trình.
Gọi x là cạnh tam giác đều; diện tích S=43x2; nửa chu vi p=23x. r=pS=23x43x2=43x2⋅3x2=63x. 63x=1⇒x=36=23 (cm).
Vậyx=23 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Toạ độ hoá
Định hướng. Đặt toạ độ tam giác đều như ở HĐ4/HĐ6, tính khoảng cách từ trọng tâm đến cạnh BC theo a rồi giải phương trình khi khoảng cách đó bằng 1.
Đặt B(−2a;0), C(2a;0), A(0;23a); trọng tâm (tâm nội tiếp) I=(0;63a). Khoảng cách từ I đến BC (trục hoành) là r=63a. 63a=1⇒a=36=23 (cm).
Vậya=23 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Ba cách tuy khác công cụ nhưng đều quy về cùng phương trình 63a=1 — chọn cách nào tuỳ công thức nào bạn nhớ chắc nhất.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đảo ngược công thức r=63a thành a=23r rồi thay số, không cần lập phương trình.
Đáp số.Mỗi cạnh của tam giác ABC dài 23 cm.
Sai lầm thường gặp.Một số bạn giải ngược sai, viết nhầm a=23r (đặt r ở tử thay vì đúng vị trí) hoặc quên hữu tỉ hoá mẫu, dẫn tới đáp số sai dạng hoặc sai giá trị.
🚀 Mở rộng.So sánh với Luyện tập 3 (biết cạnh, tìm r) và bài này (biết r, tìm cạnh): hai bài là hai chiều ngược nhau của cùng một công thức r=63a, luyện cả hai chiều giúp nắm chắc công thức hơn là chỉ học một chiều.
Bài 20 · Bài 9.12★★Trang 76— Bài toán thực tế về tam giác đều ngoại tiếp đường tròn
Bài 9.12 (trang 76). Người ta muốn làm một khung gỗ hình tam giác đều để đặt vừa khít một chiếc đồng hồ hình tròn có đường kính 30 cm (H.9.23). Hỏi độ dài các cạnh (phía bên trong) của khung gỗ phải bằng bao nhiêu?
Kiến thức cần nhớ
Đường tròn nội tiếp tam giác đều cạnh a có bán kính r=63a, suy ra a=23r.
Bán kính bằng một nửa đường kính.
🧠 Phân tích tư duy
Đề mô tả tình huống thực tế nhưng bản chất toán học giống hệt Bài 9.11: đường tròn (đồng hồ) "đặt vừa khít" bên trong tam giác (khung gỗ) nghĩa là đường tròn đó chính là đường tròn nội tiếp tam giác, với bán kính bằng nửa đường kính đồng hồ. Bẫy của bài là quên đổi đường kính 30 cm thành bán kính r=15 cm trước khi áp dụng công thức a=23r.
1Cách 1. Đổi đường kính sang bán kính rồi áp dụng công thức
Định hướng. Đường tròn đồng hồ đặt vừa khít khung tam giác chính là đường tròn nội tiếp; đổi đường kính 30 cm thành bán kính rồi dùng công thức đã học.
Đường tròn hình đồng hồ có đường kính 30 cm nên bán kính r=230=15 (cm). Vì khung gỗ đặt vừa khít đồng hồ nên đường tròn đồng hồ chính là đường tròn nội tiếp tam giác đều (khung gỗ). a=23r=23⋅15=303 (cm).
Vậy mỗi cạnh phía trong của khung gỗ phải dài 303 cm.
2Cách 2. Dùng công thức r = S/p với a=b=c=x
Định hướng. Đặt cạnh khung gỗ là x, lập phương trình từ công thức diện tích chia nửa chu vi với r=15 cm.
Bán kính đồng hồ r=230=15 (cm). Gọi x là cạnh khung gỗ; S=43x2, p=23x. r=pS=63x; thay r=15: 63x=15⇒x=390=303 (cm).
Vậyx=303 cm, khớp Cách 1.
3Cách 3. Dùng quan hệ r = R/2 rồi suy cạnh từ R
Định hướng. Tính bán kính ngoại tiếp R=2r trước (quan hệ đã chứng minh ở HĐ6), rồi dùng công thức a=R3 đã học ở Luyện tập 2.
Bán kính đồng hồ (bán kính nội tiếp khung) r=15 cm. Theo HĐ6, R=2r=2⋅15=30 (cm). Theo công thức tam giác đều ngoại tiếp: a=R3=303 (cm).
Vậya=303 cm, khớp cả hai cách trên.
Nhận xét. Bài toán thực tế này thực chất là Bài 9.11 với số liệu khác (r=15 cm thay vì 1 cm), cho thấy công thức a=23r áp dụng được cho mọi bài toán "tam giác đều ôm khít hình tròn" dù bối cảnh khác nhau.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đổi đường kính sang bán kính rồi áp dụng ngay công thức a=23r, không cần lập lại phương trình.
Đáp số.Mỗi cạnh phía trong của khung gỗ phải dài 303 cm (xấp xỉ 51,96 cm).
Sai lầm thường gặp.Sai lầm phổ biến nhất là quên đổi đường kính 30 cm thành bán kính 15 cm, thay thẳng r=30 vào công thức nên tính ra cạnh gấp đôi giá trị đúng (a=603 cm thay vì 303 cm).
🚀 Mở rộng.Nếu đồng hồ có đường kính d bất kì, cạnh khung gỗ tam giác đều ôm khít luôn là a=23⋅2d=3d — công thức rút gọn trực tiếp theo đường kính, không cần qua bước trung gian tính bán kính.