Category Archives: Hình học 9

Đáp án Phổ thông Năng khiếu 2010

Leave a reply

Bài 1. (Toán chung)  Cho hình chữ nhật $ABCD$ có tâm $O$, cạnh $AB = 3a$ và $\angle ABD = 30^\circ$. Gọi $G$ là trọng tâm của tam giác $AOD$; $AG$ cắt $CD$ tại $E$.

a. Chứng minh tứ giác $ADOE$ nội tiếp một đường tròn.

b. Cho $DG$ cắt $AB$ tại $F$.Tính diện tích tứ giác $AFOE$.

c. Đường tròn tâm $J$ nội tiếp tam giác $BCD$ tiếp xúc với $DB, CD$ tại $I$ và $K$. Gọi $H$ là giao điểm của $IK$ và $AC$. Tính $\angle IOJ$ và độ dài đoạn $HE$ theo $a$.

Lời giải

a.

  • Ta có $OA = OD$ do $ABCD$ là hình chữ nhật và $\angle ADO = 90^\circ – \angle ABD = 60^\circ$. Suy ra tam giác $ADO$ đều.
  • Mà $G$ là trọng tâm nên cũng là tâm đường tròn nội tiếp, ngoại tiếp của tam giác $OAD$. Suy ra AG là phân giác $AOD$.
  • Suy ra $\triangle ADE = \triangle AOE $ (c.g. c), từ đó $\angle AOE = \angle ADE = 90^\circ$.
  • Xét tứ giác ADEO có $\angle ADE + \angle AOE = 180^\circ$ nên là tứ giác nội tiếp.

b. Gọi $P$ là giao điểm của $AE$ và $OD$.

  • Tam giác $OAD$ đều nên $DG$ là trung trực của $AO$, suy ra $FA = FO$,tam giác $FAO$ cân tại $F$. Do đó $\angle FAO = \angle FOA = 90^\circ – \angle AOD = 30^\circ = \angle OAE$.
  • Suy ra $OF||AE$, suy ra $OFAE$ là hình thang.
  • $AD = AB \tan \angle ABD = 3a \tan 30^\circ = a\sqrt{3}$.
  • Tính được $AE = 2a, OF = AF = a$ và $OP = \dfrac{a\sqrt{3}}{2}$.
  • Suy ra $S_{AEOF} = \dfrac{1}{2}(OF+AE)OP = \dfrac{3a^2\sqrt{3}}{4}$.

c.

  • Ta có $\triangle OBC = \triangle OAD$ nên $\triangle OBC$ cũng là tam giác đều.
    Suy ra $BO = BC$, suy ra $\triangle BOJ = \triangle BCJ$ (c.g.c)
  • Mà $\angle BCJ = \dfrac{1}{2} \angle BCD = 45^\circ$ nên $\angle BOJ = 45^\circ$ hay $\angle IOJ = 45^\circ$.
    Ta có tứ giác $JIDK$ nội tiếp, suy ra $\angle JIK = \angle JDK = \dfrac{1}{2} \angle IDC = 15^\circ$. Và $\angle JOH = \angle BOC – \angle JOI = 15^\circ$.
  • Ta có $\angle JIK = \angle JOH$ nên tứ giác $JIOH$ nội tiếp, suy ra $\angle JHO = 90^\circ$.
  • Tam giác $JOC$ cân tại $J$ ($BJ$ là đường trung trực của $OC$) mà $JH \bot OC$, suy ra $H$
    là trung điểm của $OC$, do đó $OH = \dfrac{1}{2}OC = \dfrac{1}{2}OA = \dfrac{a\sqrt{3}}{2}$.
  • Từ đó áp dụng định lý Pytagore cho tam giác $EOH$ tính được $EH = \dfrac{a\sqrt{7}}{2}$

 

Bài 2. (Toán chuyên)  Cho đường tròn tâm $O$, bán kính $R$, dây cung $BC$ cố định có độ dài $R\sqrt{3}$. $A$ là một điểm thay đổi trên cung lớn $BC$. Gọi $E$ là điểm đối xứng của $C$ qua $AB$; $F$ là điểm đối xứng của $B$ qua $AC$. Các đường tròn ngoại tiếp các tam giác $ABE$ và $ACF$ cắt nhau tại $K$ ($K \neq A$).

a. Chứng minh $K$ luôn thuộc một đường tròn cố định.
b. Xác định vị trí của $K$ để tam giác $KBC$ có diện tích lớn nhất và tính diện tích đó theo $R$.
c. Gọi $H$ là giao điểm của $BE$ và $CF$. Chứng minh rằng tam giác $ABH$ đổng dạng với tam giác $ACK$ và $AK$ đi qua điểm cố định.

Lời giải

a.

  • Từ $BC = R\sqrt{3}$ nên tính được $\angle BAC = 60^o$, suy ra $\angle ABE = \angle AEB = 30^o$ ($\Delta ABE$ cân tại $A$).
  • Tứ giác $ABKE$ nội tiếp, suy ra $\angle AKB = \angle AEB = 30^o$.
  • Chứng minh tương tự ta cũng có $\angle AKC = \angle AFC = 30^o$.
  • Từ đó $\angle BKC = \angle AKB + \angle AKC = 60^o$.
  • Xét tứ giác $OBKC$ có $\angle BOC + \angle BKC = 120^o + 60^o = 180^o$ nên là tứ giác nội tiếp. Vậy $K$ thuộc đường tròn ngoại tiếp tam giác $OBC$ cố định.

b.

  • Ta có $S_{KBC} = \dfrac{1}{2}BC.KT$($T$ là hình chiếu của $T$ trên $BC$).
  • Suy ra $S_{KBC}$ max khi và chỉ khi $KT$ max khi và chỉ khi $K$ là điểm chính giữa cung lớn $BC$ của đường tròn ngoại tiếp tam giác $OBC$. Khi đó $A$ là điểm chính giữa cung lớn $BC$ của $(O)$.
  • Khi đó tam giác $BCK$ đềy cạnh $BC = R\sqrt{3}$ nên có diện tích là $S_{BCK} =\dfrac{3R\sqrt{3}}{4}$.

c.

  • Ta có $\angle AKC = \angle AKE = 30^o$ nên suy ra $K, C, E$ thẳng hàng. Tứ giác $AHCE$ có $\angle AEH = \angle ACH = 30^o$ nên là tứ giác nội tiếp ,suy ra $\angle AHE = \angle ACE$. Từ đó suy ra $\angle AHB = \angle ACK$.
  • Xét $\Delta ABH$ và $\Delta ACK$ có $\angle ABH = \angle AKC, \angle AHB = \angle ACK (cmt)$ nên $\Delta ABH \sim \Delta ACK (g.g)$.
  • Gọi $D$ là giao điểm của $AO$ và $(O)$. Ta có $\angle ABC = \angle ADC, \angle BAH +\angle BAC = \angle DAC + \angle ADC = 90^o$. Suy ra $\angle BAH = \angle DAC$.
  • Hơn nữa $\angle BAH = \angle KAC$. Từ đó ta có $\angle KAC = \angle OAC$. Suy ra $A, K, O$ thẳng hàng. Vậy $AK$ qua $O$ cố định.

Ba điểm thẳng hàng – Phương pháp điểm trùng

Leave a reply

Để chứng minh ba điểm thẳng hàng có nhiều cách chứng minh, trong bài viết này tôi giới thiệu “phương pháp điểm trùng”, thường được sử dụng để chứng minh các bài toán phát biểu ngược.

Nội dung phương pháp như sau: Để chứng minh ba điểm $A, B, C$ thẳng hàng, trong đó $C$ ta dựng điểm $C’$ sao cho $A, B, C’$ thẳng hàng. Sau đó chứng minh $C$ trùng $C’$.

Việc chứng minh $C$ trùng $C’$ thường xuất phát từ sự xác định duy nhất của điểm $C$ có thể là giao của hai đường, trung điểm đoạn thẳng,…Ta xét các ví dụ sau.

Ví dụ 1. Cho đường tròn tâm $O$ đường kính $AB$, $C$ thuộc đường tròn. Tiếp tuyến tại $C$ cắt tiếp tuyến tại $A, B$ của $(O)$ tại $D, E$. Gọi $H$ là hình chiếu của $C$ trên $AB$.

a. $DB$ cắt $CH$ tại $N$. Chứng minh $A, N, E$ thẳng hàng.

b.Đường thẳng qua $A$ song song $HE$ và đường thẳng qua $B$ song song với $HD$ cắt nhau tại $M$. Chứng minh $D, M, E$ thẳng hàng.

Gợi ý

a. $BC$ cắt $AD$ tại $F$, ta chứng minh được $D$ là trung điểm của $AF$.

Khi đó $\dfrac{CN}{DF} = \dfrac{PN}{PD} = \dfrac{HN}{AD}$.

Mà $AD = DF$, suy ra $CN = HN$ hay $N$ là trung điểm của $CH$.

Gọi $N’$ là giao điểm của $AE$ và $CH$, chứng minh tương tự ta cũng có $N’$ là trung điểm của $CH$. Do đó $N \equiv N’$ hay $A, N, E$ thẳng hàng.

b. Phân tích: vẽ hình chính xác và trực giác ta dự đoán được $M$ là trung điểm của $DE$, hơn nữa điểm $M$ là được xác định duy nhất do là giao điểm của 2 đường, do đó ta có thể gọi $M’$ là trung điểm và chứng minh $M’ \equiv M$ bằng cách chứng minh $AM’||HD$ và $BM’||HC$. Thực ra do vai trò như nhau nên chỉ cần chứng minh $AM’||HD$ là đủ.

  • Ta có $\dfrac{HA}{HB} = \dfrac{CD}{CE} = \dfrac{AD}{BE}$. Suy ra $\triangle AHD \backsim \triangle BHE$. Suy ra $\angle AHD = \angle BHE$.
  • Suy ra $\angle KHA = \angle BHE = \angle AHD$. Từ đó ta có tam giác $HDK$ cân tại $H$ và $A$ là trung điểm $AD$.
  • Tam giác $DHE$ có $M’A$ là đường trung bình nên $AM’||EK$ hay $AM’||HE$.
  • Chứng minh tương tự ta có $BM’||HD$.
  • Vậy $M’ \equiv M$. Hay $D, M, E$ thẳng hàng.

Ví dụ 2. Cho tam giác $ABC$ nhọn nội tiếp đường tròn $(O)$, có $H$ là trực tâm tam giác $ABC$ và $AD$ là đường kính của $(O)$. Trên các cạnh $AB, AC$ lấy $E, F$ sao cho $AE = AF$ và $E, H, F$ thẳng hàng. Đường tròn ngoại tiếp tam giác $AEF$ cắt phân giác góc $\angle BAC$ tại $P$. Chứng minh $H, P, D$ thẳng hàng.

Gợi ý

 

Gọi $P’$ là giao điểm phân giác góc $\angle BAC$ và $HD$. Ta chứng minh $P’ \equiv P$, hay cần chứng minh $AEPF$ nội tiếp.

Ta có tính chất quen thuộc $\angle HAB = \angle DAC$, nên $AP’$ cũng là phân giác $\angle HAD$.

Ta có $\angle AEF = \angle ABH + \angle EHB$, $\angle AFE = \angle ACH + \angle FHC$.

Mà $\angle ABH = \angle ACH$ và $\angle AEF = \angle AFE$ nên $\angle EHB = \angle FHC = \angle EHL$.

Do đó $HE$ là phân giác $\angle LHB$, suy ra $\dfrac{LE}{EB} = \dfrac{HL}{HB}$. (1)

Tam giác $AHL $ và tam giác $ADC$ đồng dạng, suy ra $\dfrac{HL}{CD} = \dfrac{AH}{AD}$.

Mà $CD = BH, \dfrac{AH}{AD} = \dfrac{HP’}{P’D}$, suy ra $\dfrac{HL}{HB} = \dfrac{HP’}{P’D}$. (2)

Từ (1) và (2) ta có $\dfrac{LE}{EB} = \dfrac{HP’}{P’D}$, suy ra $P’E ||HL||BD$, suy ra $P’E \bot AB$.

Chứng minh tương tự ta có $P’F \bot AC$.

Do đó $AEP’F$ nội tiếp, suy ra $P’ \equiv P$. Hay $D, P, H$ thẳng hàng.

Bài tập.

Bài 1. Cho tam giác $ABC$, đường tròn $w$ đường kính $BC$ cắt $AB, AC$ tại $D, E$. Tiếp tuyến tại $D, E$ của $w$ cắt nhau tại $M$, chứng minh $AM$ đi qua trực tâm của tam giác $ABC$.

Bài 2. Cho tam giác $ABC$ nhọn, các đường cao $AD, BE, CF$. Gọi $M,N$ là trung điểm $BE, CF$. Đường tròn $w$ qua $A, D$ tiếp xúc với đường tròn ngoại tiếp tam giác $DMN$ tại $D$, $w$ cắt $AB, AC$ tại $P$ và $Q$. Chứng minh $P, Q, M, N$ thẳng hàng.

Bài 3. Cho đường tròn $(O)$ và điểm $A$ nằm ngoài $(O)$. Từ $A$ vẽ các tiếp tuyến $AB, AC$ đến $(O)$, một cát tuyến qua $A$ cắt $(O)$ tại $D, E$ sao cho $D$ nằm giữa $A$ và $E$ và tia $AE$ nằm giữa hai tia $AB, AO$. Đường thẳng qua $D$ song song $BE$ cắt $BC$ tại $F$. Gọi $K$ là điểm đối xứng của $B$ qua $E$, chứng minh $A, P, K$ thẳng hàng.

Chứng minh ba điểm thẳng hàng – Phương pháp góc bù

1 Reply

Để chứng minh 3 điểm thẳng hàng có nhiều phương pháp chứng minh, trong bài viết này tôi trình bày phương pháp sử dụng góc bằng nhau hoặc góc bù.

Giả sử cần chứng minh $A, B, C$ theo thứ tự thẳng hàng.

  • Nếu có tia $Bx$ nằm giữa hai tia $BA, BC$ thì $A, B, C$ thẳng hàng khi và chỉ khi $$\angle ABx + \angle CBx = 180^\circ$$
  • Nếu có tia $Ax$ sao cho $AB, AC$ cùng phía đối với $Ax$ thì $A, B, C $ thẳng hàng khi và chỉ khi $$\angle xAB = xAC$$

Tùy theo trường hợp ta sử dụng phương pháp phù hợp để giải quyết bài toán. Mỗi phương pháp đều có thể mạnh riêng và những áp dụng riêng. Ta xét vài ví dụ để thấy rõ hơn nhé.

Ví dụ 1. (Định lý Simson)  Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$. $P$ là điểm thuộc $(O)$. Gọi $D, E, F$ lần lượt là hình chiếu của $P$ trên các đường thẳng $BC, AC, AB$. Chứng minh rằng $D, E, F$ thẳng hàng. 

Gợi ý

Ta xét trường hợp các điểm như hình vẽ, các trường hợp khác làm tương tự.

Ta có các tứ giác $ABPC, PDBF, PDEC$ nội tiếp.

Cách 1. Sử dụng góc bù, ta chứng minh $\angle FDP + \angle EDP = 180^\circ$.

  • Do $PDBF$ nội tiếp nên $\angle FDP = \angle FBP$. (1)
  • Do $ABPC$ nội tiếp nên $\angle FBP = \angle ACP$. (2)
  • Do $PDEC$ nội tiếp nên $\angle ACP  + \angle EDP = 180^\circ$. (2)
  • Từ (1), (2), (3) ta có $\angle FDP + \angle EDP =  180^\circ$ nên $D, E, F$ thẳng hàng.

Cách 2. Sử dụng tia trùng, ta chứng minh $\angle PFD = \angle PDE$.

  • Do tứ giác $PDBF$ nội tiếp nên $\angle PFD = \angle PBC$. (1)
  • Và tứ giác $AFPE$ nội tiếp nên $\angle PFE = \angle PAC$. (2)
  • Tứ giác $ABPC$ nội tiếp nên $\angle PBC = \angle PAC$. (3)
  • Từ (1), (2) và (3) ta có $\angle PFD = \angle PFE$. Suy ra $F, D, E$ thẳng hàng.

Hai cách trên là gần như tương đương nhau, tùy thuộc và hình vẽ để sử dụng cách nào cho thuận lợi và lời giải ngắn gọn hơn.

Ta xét tiếp định lý sau:

Ví dụ 2. (Đường thẳng Steiner) Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, $P$ là một điểm thuộc đường tròn. Gọi $D, E$ là điểm đối xứng của $P$ qua $AB, AC$. Chứng minh rằng đường thẳng $DE$ qua trực tâm $H$ của tam giác $ABC$.

Gợi ý

Gọi $K, L$ là giao điểm của $BH, CH$ với $(ABC)$. Ta chứng minh được $K, L$ lần lượt là điểm đối xứng của $H$ qua $AC, AB$.

  • Xét phép đối xứng trục đường thẳng $AB$ thì  ta có $\angle AHD = \angle ALP$.
  • Xét phép đối xứng trục là đường thẳng $AC$ thì $\angle AHE = \angle AKP$.
  • Mà $\angle ALP + \angle AKP = 180^\circ$ nên $\angle AHD + \angle AHE = 180^\circ$.
  • Suy ra $D, H, E$ thẳng hàng.

Ví dụ 3. Cho tam giác $ABC$ có $O$ là tâm đường tròn ngoại tiếp. Đường tròn thay đổi qua $A, O$ cắt các cạnh $AB, AC$ lần lượt tại $D, E$.

  1. Chứng hình chiếu của $O$ trên $DE$ thuộc một đường thẳng cố định.
  2. Chứng minh rằng trực tâm của tam giác $ODE$ thuộc đường thẳng $BC$.
Gợi ý

Gọi  $H$ là hình chiếu của $O$ trên $DE$.

  1. Gọi $M, N$ là trung điểm của $AB, AC$. Ta có $OM \bot AD, ON \bot AC$. Theo ví dụ 1, ta có $H$ thuộc $MN$ cố định.
  2. Gọi $K$ là trực tâm của tam giác $ODE$.
  • Ta có $\angle OKD = \angle OED = \angle OAD = \angle OBD$. Suy ra $ODBK$ nội tiếp.
  • Tương tự thì $OECK$ nội tiếp.
  • Khi đó $\angle OKD = \angle ODA = \angle OEC$, và $\angle OEC + \angle OKC = 180^\circ$ nên $\angle OKD + \angle OKC = 180^\circ$, suy ra $B, K, C$ thẳng hàng.

Bài tập.

1.Cho tam giác $ABC$, đường tròn tâm $I$ nội tiếp tam giác tiếp xúc với các cạnh $AB, AC$ tại $D, E$. Gọi $H$ là hình chiếu vuông góc của $C$ trên $BI$. Chứng minh $D, E, H$ thẳng hàng.

Gợi ý
  • Tứ giác $EHCI$ nội tiếp nên $\angle {HEC}=\angle {HEC}$
    Mặt khác, $\angle {HIC}=\angle {IBC}+\angle {ICB}=\frac{1}{2}\cdot (\angle {ABC}+\angle {ACB})=\frac{180^\circ – \angle{BAC}}{2}(1)$
  • $\triangle{ADE}$ cân tại $A$ nên $\angle{AED}=\frac{180^\circ-\angle{BAC}}{2}(2)$
  • Từ $(1)$ và $(2)$ kết hợp với $A,E,C$ thẳng hàng, ta có $\angle{AED}=\angle{HEC}$ ở vị trí đối đỉnh nên $D,E,H$ thẳng hàng.

2. Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$. Các đường cao $BD, CE$ cắt nhau tại $H$. Đường tròn đường kính $AH$ cắt $(O)$ tại $P$ khác $A$.

a. Gọi $M$ là trung điểm $BC$. Chứng minh $P, H, M$ thẳng hàng.

b. Cho $AP$ cắt $BC$ tại $Q$. Chứng minh $Q, D, E$ thẳng hàng.

Gợi ý
  • a) Dựng đường kính $AT$ của $(O)$
    Tứ giác $BHCT$ là hình bình hành nên $H,M,T$ thẳng hàng.
  • $\angle{APH}=90^\circ$ và $\angle{APT}=90^\circ$ nên $P,H,T$ thẳng hàng. Từ đó suy ra 4 điểm $P,H,M,T$ thẳng hàng.
    b)
  • $ADEP$ nội tiếp nên $\angle{QPE}=\angle{ADE}=\angle{ABC} \Rightarrow PQBE$ nội tiếp.$\Rightarrow \angle{QPB}=\angle{QEB}$
  • Mà $\angle{QPB}=\angle{ACB}=\angle{AED}$ nên $\angle{QEB}=\angle{AED}$, kết hợp với $A,E,B$ thẳng hàng, chúng ở vị trí đối đỉnh nên $Q,E,D$ thẳng hàng.

3.  Cho hình chữ nhật $ABCD$. Gọi $H$ là hình chiếu của $A$ trên $BD$, $M,N$ lần lượt là trung điểm $BH$ và $CD$.

a. Chứng minh $\angle AMN  = 90^\circ$.

b. Gọi $P,Q, R$ lần lượt là trung điểm của $DH, MN, BC$. Chứng minh $P, Q, R$ thẳng hàng.

Gợi ý

 

  • a) Dễ thấy $\triangle{AHB} \backsim \triangle{ADC}(g.g)$ và $M, N$ lần lượt là trung điểm của $HB,CD$ nên $\triangle{AHM}\backsim \triangle{ADN} \Rightarrow \angle{AND}=\angle{AMD}\Rightarrow$ Tứ giác $ADNM$ nội tiếp $\Rightarrow \angle{AMN}=90^\circ$
  • b) Ta có $PM=PH+HM=\dfrac{DH}{2}+\frac{BH}{2}=\dfrac{BD}{2}$
  • Kết hợp với $NR$ là đường trung bình của $\triangle{BCD}$ nên:
  • $\left\{ \begin{array}{l} N{\rm{R}}\parallel PM\\ NR = PM\left( { = \dfrac{{BD}}{2}} \right) \end{array} \right. \Rightarrow PNRM$ là hình bình hành.
  • Mà $Q$ là trung điểm của $MN$ nên $Q$ cũng là trung điểm của $PR$ hay $P,R,Q$ thẳng hàng.

4. Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$. Gọi $D$ là điểm đối xứng của $B$ qua $AC$ và $E$ là điểm đối xứng của $C$ qua $AB$. Đường tròn ngoại tiếp tam giác $ABD$ và đường tròn ngoại tiếp tam giác $ACE$ cắt nhau tại điểm $F$ khác $A$.

a. Chứng minh $F, B, E$ thẳng hàng và $F, C, D$ thẳng hàng.

b. Chứng minh $AF$ đi qua tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác $ABC$.

Gợi ý
  • a) Dễ thấy $\triangle{AHB} \backsim \triangle{ADC}(g.g)$ và $M, N$ lần lượt là trung điểm của $HB,CD$ nên $\triangle{AHM}\backsim \triangle{ADN} \Rightarrow \angle{AND}=\angle{AMD}\Rightarrow$ Tứ giác $ADNM$ nội tiếp $\Rightarrow \angle{AMN}=90^\circ$
  • b) Ta có $PM=PH+HM=\frac{DH}{2}+\frac{BH}{2}=\dfrac{BD}{2}$
  • Kết hợp với $NR$ là đường trung bình của $\triangle{BCD}$ nên:$\left\{ \begin{array}{l} N{\rm{R}}\parallel PM\\ NR = PM\left( { = \dfrac{{BD}}{2}} \right) \end{array} \right. \Rightarrow PNRM$ là hình bình hành.
  • Mà $Q$ là trung điểm của $MN$ nên $Q$ cũng là trung điểm của $PR$ hay $P,R,Q$ thẳng hàng.

5. Cho đường tròn $(O)$ và đường thẳng $d$ nằm ngoài đường tròn, gọi $H$ là hình chiếu vuông góc của $O$ trên $d$. $A, B$ là hai điểm thuộc $d$ đối xứng qua $H$. Từ $A$ vẽ tiếp tuyến $AD$ đến $(O)$ sao cho $D$ khác phía $H$ đối với $AO$; từ $B$ vẽ tiếp tuyến $BE$ đến $(O)$ sao cho $E$ cùng phía $H$ đối với $BO$. Chứng minh $D, E, H$ thẳng hàng.

Gợi ý

 

  • Ta có các tứ giác $BHEO, ODAH$ nội tiếp.
  • $\triangle{OAB}$ cân tại $O$, $\triangle{ODE}$ cân tại $O$.
    $\triangle{OEB}=\triangle{ODA}(ch-cgv) \Rightarrow \angle{OBE}=\angle{OAD}$
  • $\left\{ \begin{array}{l} \angle{OBE} = \angle{OHE} \\ \angle{OAD} = \angle{OHD} \\ \angle{OBE} = \angle{OAD} \end{array} \right. \Rightarrow \angle{OHE} = \angle{OHD} $
  • Nên hai tia $HE, HD$ trùng nhau hay $H,E,D$ thẳng hàng.

 

Tứ giác nội tiếp (Cơ bản)

Leave a reply

Định nghĩa. Tứ giác có 4 đỉnh cùng thuộc một đường tròn được gọi là tứ giác nội tiếp.

Dấu hiệu nhận biết tứ giác nội tiếp. Một tứ giác là tứ giác nội tiếp khi và chỉ khi:

  1. Tổng hai góc đối bằng $180^o$.
  2. Góc ngoài bằng góc đối trong.
  3. Hai đỉnh kề cùng nhìn một cạnh dưới hai góc bằng nhau.

Ví dụ 1. Tính $x$ và $y$ trong các hình sau.

Gợi ý

a. Ta có tứ giác có tổng hai góc đối bằng $180^\circ$ nên

  • $x-21 + x + 15 = 180$
  • $x = 93$.

b. Tứ giác nội tiếp góc ngoài bằng góc đối trong nên

  • $x = 80$
  • $y = 120$.

Ví dụ 2.  Cho ngũ giác $ABCDE$ nội tiếp đường tròn đường kính $BD$ tâm $O$ với các số đo như hình vẽ, $AE||BD$, $EF$ là tia đối của $EA$.

  1. Tính $\angle BCD$.
  2. Chứng minh $CB = CD$.
  3. Tính $DEF$.
Gợi ý
  1. $\angle BCD$ góc nội tiếp nửa đường tròn nên $\angle BCD = 90^\circ$.
  2. $\angle BAC = \angle CDB  = 45^\circ$, suy ra $\angle CBD = 180^\circ – \angle BCD – \angle BDC = 45^\circ$. Suy ra $CBD$ cân tại $C$, hay $CB = CD$.
  3. Ta có $ABDE$ nội tiếp, suy ra $\angle DEF = \angle ABD$.

Mà $AE||BD$, suy ra $\angle ABD + \angle BAE = 180^\circ$, suy ra $\angle ABD = 180^\circ – \angle BAD = 65^\circ$.

Suy ra $\angle DEF = \angle ABD = 65^\circ$.

Bài tập.

  1. Tính các góc chưa biết trong các hình sau.

  1. Tính số đo các góc chưa biết.

  2. Chứng minh góc giữa tia tiếp tuyến và dây cung bằng góc nội tiếp cùng chắc cung đó theo 2 bước.

a. Vẽ đường kính $AX$. Chứng minh $\angle CAX +\angle CXA = 90^\circ$.

b. Chứng minh $\angle CAT = \angle CBA$.

  1. Tính $\alpha + \beta + \gamma$.

Ba đường thẳng đồng quy.

1 Reply

Bài toán. (PoP 1.11) Cho tam giác $ABC$ nhọn. Đường tròn đường kính $AB$ cắt đường cao $CD$ tại hai điểm $M$ và $N$, $M$ nằm ngoài tam giác; đường tròn đường kính $AC$ cắt đường cao $BE$ tại hai điểm $P$ và $Q$, $Q$ nằm ngoài tam giác.

  1. Chứng minh 4 điểm $M, N, P, Q$ cùng thuộc một đường tròn.
  2. Chứng minh $MP, NQ$ và $BC$ đồng quy.
Gợi ý

1.

  • Gọi $H$ là trực tâm tam giác $ABC$ và $AF$ là đường cao thì $HM.HN = HA.HF = HP.HQ$, suy ra $M, N, P, Q$ cùng thuộc đường tròn.

2.

  • Ta có $AN^2 = AH.AF = AE.AC = AQ^2$, tương tự $AM = AP$. Suy ra $A$ là tâm của $(MNPQ)$.
  • Gọi $V$ là giao điểm của $MP$ và $QN$.
  • Ta có $\angle PFN = \angle PFA +\angle AFN = \angle AQP + \angle AMN = 180^o – \angle BAC – \angle PAN$.
  • Mặt khác $\angle PVN = 180^o – \angle VMQ – \angle VQM = 180^o – \angle PMN – \angle PQN – \angle HMQ – \angle HQM = 180^o – \angle PAN – \angle BAC$.
  • Do đó $\angle PVN = \angle PFN$, suy ra $FVNP$ nội tiếp.
  • Khi đó $\angle VFN = \angle VPN = \angle MQN = \dfrac{1}{2} \angle MAN = \angle MAB = 90^o – \angle AMN = 90^o – \angle APN = 90^o – \angle AFN = \angle NFC$.
  • Do đó $F, K, C$ thẳng hàng.

Đường thẳng qua tâm đường tròn ngoại tiếp. China 2010.

Leave a reply

Bài toán. (PoP 1.7) (China 2010) Lấy $AB$ là dây cung của đường tròn tâm $O$, $M$ là điểm chính giữa cung $AB$ và $C$ là điểm nằm ngoài đường tròn $(O)$. Từ $C$ vẽ hai tiếp tuyến đến $(O)$ tại tiếp điểm $S, T$. Gọi $E$ là giao điểm của $MS$ và$ AB$, $F$ là giao điểm của $MT$ và $AB$. Từ $E, F$ vẽ các đường thẳng vuông góc với $AB$, cắt $OS$ và $OT$ lần lượt tại $X$ và $Y$. Một đường thẳng qua $C$ cắt $(O)$ tại $P$ và $Q$, $MP$ cắt $AB$ tại $R$. Chứng minh rằng $XY$ đi qua tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác $PQR$.

Gợi ý
  • Chứng minh $XE = XS$.
  • Chứng minh $P, Q, U, R$ đồng viên, $Q, S, E, U$ đồng viên.
  • Chứng minh $MS.ME = MQ.MU = MP.MR$. Suy ra $M$ thuộc trục đẳng phương của $(PQR)$ và $(X)$. Và $CS^2 = CP.CQ$ nê $C$ cũng thuộc trục đẳng phương của hai đường tròn trên.
  • Do đó $MC \bot ZX$.
  • Cmtt thì $MC \bot ZY$, suy ra $Z, X, Y$ thẳng hàng.

Đường thẳng tiếp xúc đường tròn

1 Reply

Bài toán. (PoP1.6)  Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$ với góc $A$ nhọn. Gọi $D$ là điểm chính giữa của cung nhỏ $BC$ và $E, F$ lần lượt là trung điểm của $AC, AB$. Giả sử $DE, DF$ cắt lại với $(O)$ tại điểm thứ hai tương ứng là $Y$, $Z$. Đường tròn $(AEY)$ cắt $(AFZ)$ tại điểm thứ hai $M$. Gọi $N$ là trung điểm của $BC$ và đường tròn $(DNM)$ giao với $BC$ tại điểm thứ hai $X$. Chứng minh rằng $AX$ là tiếp tuyến của $(O)$.

Gợi ý

Gọi $L, K$ là giao điểm của $DZ, DY$ với $BC$.

  • Ta có $DL.DZ = DB^2 = DK.DY$, suy ra $LKYZ$ nội tiếp. Suy ra $EFZY$ nội tiếp.
  • Khi đó $AM, ZF, YE$ đồng quy tại $D$.
  • Chứng minh $E, M, F$ thẳng hàng.
  • Ta có $\angle XMD = \angle XND = 90^o$, suy ra $XM \bot AP$ và $AM = MP$ suy ra $XA = XP$.
  • Từ đó chứng minh được $AX$ là tiếp tuyến của $(O)$.

Các loại góc trong đường tròn.

3 Replies

Định nghĩa. Góc ở tâm là góc có đỉnh trùng với tâm đường tròn.

Cung nằm bên trong góc được gọi là cung bị chắn.

Định nghĩa. Số đo cung nhỏ bằng số đo góc ở tâm chắn cung đó. Số đo cung lớn bằng $360^\circ$ trừ số đo cung nhỏ.

Tính chất. 

  1. Số đo đường tròn bằng $360^\circ$. Số đo nửa cung tròn bằng $180^\circ$.
  2. Nếu $C$ là một điểm thuộc cung AB thì $\text{sđ} \text{cung} AB = \text{sđ} \text{cung} AC + \text{sđ} \text{cung} CB$.

Định nghĩa. So sánh hai cung.

  1. Hai cung được gọi là bằng nhau nếu có số đo bằng nhau.
  2. Trong hai cung, cung nào có số đo lớn hơn là cung lớn hơn.

Định nghĩa.  Góc nội tiếp là góc có đỉnh nằm trên đường tròn, hai cạnh chứa hai dây cung của đường tròn đó. Cung nằm bên trong góc được gọi là cung bị chắn.

Định nghĩa. Trong đường tròn (O) cho dây cung $AB$. Tiếp tuyến tại $A$ là $xy$. Khi đó góc $\angle xAB$ được gọi là góc tạo bởi tia tiếp tuyến $Ax$ và dây cung $AB$. Tương tự góc $\angle yAB$ là góc tạo bởi tia tiếp tuyến $Ay$ và dây cung $AB$.

Tính chất. Tính chất góc nội tiếp.

  1. Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo cung bị chắn.
  2. Số đo góc nội tiếp bằng nửa số đo góc ở tâm cùng chắn cung đó.
  3. Số đo hai góc nội tiếp cùng chắn một cung hoặc chắn hai cung bằng nhau thì bằng nhau.
  4. Góc nội tiếp chắn nửa đường tròn là góc vuông.
  5. Số đo góc tạo bởi tia tiếp tuyến và dây cung bằng nửa số đo cung bị chắn và bằng góc nội tiếp cùng chắn cung đó.

Ta có: $\angle AOB = 2\angle ACB$ và $\angle ADB = \angle ACB = \angle BAx$

Ví dụ 1. Tính $x$ trong các hình sau.

Gợi ý

a. Ta có $\angle AOB = 360^\circ – 250^\circ = 110^\circ$.

$\angle ACB$ là góc nội tiếp chắn cung $AB$ nên

  • $\angle ACB = \dfrac{1}{2} \angle AOB $
  • $x^\circ = 55^\circ$.

b. Do $AB||CD$ nên $\angle BAC = \angle ACD = 36^\circ$.

$\angle BDC$ và $BAC$ là hai góc nội tiếp chắn cung $BC$ nên $\angle BDC = \angle BAC = 36^\circ$.

Ví dụ 2. Tính $x$ trong hình vẽ.

Gợi ý

Ta có $\angle BAC$ là góc nội tiếp chắn cung $BC$ và $\angle BCT$ là góc giữa tia tiếp tuyến $CT$ và dây cung $BC$ nên $\angle BAC = \angle BCT = 40^\circ$.

Tam giác $ABC$ cân tại $A$, suy ra $x^\circ = \dfrac{180^\circ – \angle BAC}{2} = 70^\circ$.

Bài tập.

  1. Tính các góc có trong hình vẽ. 
  2. Tính các góc trong hình vẽ. 
  3. Chứng minh $\alpha + \beta = 90$ 

Vị trí tương đối hai đường tròn

Leave a reply

Định lý. Cho đường tròn $(O;R)$ và đường tròn $(O’;R’)$. Đặt $d = OO’$. Khi đó ta có các trường hợp sau:

  • $d > R+R’$ thì ta nói hai đường tròn ngoài nhau. (Không có điểm chung)
  • $d = R + R’$ ta nói hai đường tròn tiếp xúc ngoài. (Có một điểm chung)
  • $|R-R’| < d < R + R’$ ta có hai đường tròn cắt nhau. (Có hai điểm chung)
  • $d = |R-R’|$ ta nói hai đường tròn tiếp xúc trong. (Có một điểm chung)
  • $d < |R-R’|$ ta nói hai đường tròn chứa nhau. (Không có điểm chung)

Ví dụ 1. Cho đường tròn $(O;R)$ và $(O’;R’)$ cắt nhau tại $A, B$. Chứng minh $OO’$ là trung trực của $AB$ và tính $AB$ theo $R, R’$ biết $\angle OAO’ = 90^\circ$.

Gợi ý
  • Ta có $OA = OB, O’A = O’B$ nên $OO’$ là đường trung trực của $AB$.
  • Gọi $H$ là giao điểm của $OO’$ và $AB$.
  • Ta có $AH \bot OO’$ và $H$ là trung điểm của $AB$.
  • Tam giác $OAO’$ vuông tại $AH$ nên: \[AH\cdot OO’ =OA\cdot O’A \Rightarrow AH =\dfrac{OA\cdot O’A}{OO’} = \dfrac{RR’}{\sqrt{R^2 + R’^2}}\]
  • Suy ra $AB = 2AH = \dfrac{2R.R’}{\sqrt{R^2+R’^2}}$.

Ví dụ 2. Cho đoạn thẳng $AB$ và điểm $C$ thuộc đoạn $AB$. $D, E$ là hai điểm thuộc đường đường tròn $(A;AC)$. $DC, EC$ cắt đường tròn $(B;BC)$ tại $F$ và $G$.

  1. Chứng minh $(A;AC)$ và $(B;BC)$ tiếp xúc nhau.
  2. Chứng minh $AD$ song song với $BF$.
  3. Chứng minh $DE$ song song với $FG$.
Gợi ý

1.Xét hai đường tròn $(A;AC)$ và $(B;BC)$ có $AC + BC = AB$ (do $C$ nằm giữa $A$ và $B$), suy ra hai đường tròn tiếp xúc ngoài.
2.

  • Tam giác $ACD$ cân tại $A$ suy ra $\angle ADC = \angle ACD$.
  • Tam giác $BDF$ cân tại $B$ suy ra $\angle BFC = \angle BCF$.
  • Mà $\angle ACD = \angle BCF$, suy ra $\angle ADC = \angle BFC$, suy ra $AD||BF$.

3.

  • Ta có $AD ||BC$, suy ra $\dfrac{CD}{CF} = \dfrac{AC}{BF}$.
  • Chứng minh tương tự ta có $\dfrac{CE}{CG} = \dfrac{AC}{BC}$.
  • Từ đó ta có $\dfrac{CD}{CF} = \dfrac{CE}{CG}$, suy ra $DE||FG$.

Ví dụ 3. Cho đường tròn tâm $A$ và đường tròn tâm $B$ cắt nhau tại $C$ và $D$. Một đường thẳng qua $C$ cắt $(A)$ tại $E$ và cắt $(B)$ tại $F$. Gọi $P, Q$ là điểm đối xứng của $C$ qua $A$ và $B$.

  1. Chứng minh $P, D, Q$ thẳng hàng.
  2. Gọi $M$ là trung điểm $PQ$. Chứng minh tam giác $MEF$ cân.
Gợi ý

1.

  • Ta có $CP$ là đường kính của $A$ nên $\angle CDP = 90^\circ$, $CQ$ là đường kính của $(B)$ nên $\angle CDQ = 90^\circ$.
  • Suy ra $\angle PDQ = \angle CDP + \angle CDQ = 180^\circ$ nên $P, D, Q$ thẳng hàng.

2.

  • Gọi $H$ là trung điểm của $EF$.
  • Ta có $\angle CEP = \angle CFQ = 90^\circ$, suy ra tứ giác $PEFQ$ là hình thang.
  • Hình thang $PEFQ $ có $MH$ là đường trung bình nên $MH||PE$ mà $PE \bot EF$ nên $MH \bot EF$.
  • Do đó $MH$ là trung trực của $EF$, suy ra $ME = MF$. Vậy tam giác $MEF$ cân tại $M$.

Bài tập.

[1] Cho đoạn thẳng $AB = 5cm$. Đường tròn tâm $A$ bán kính $3cm$ và đường tròn tâm $B$ bán kính $4cm$ cắt nhau tại $C$ và $D$.

a.Chứng minh $AC, AD$ là tiếp tuyến của đường tròn $(B)$.
b.Tính độ dài đoạn $CD$.
c.Đường thẳng $AB$ cắt $CD$ tại $H$ và cắt $(B)$ tại $M, N$. Chứng minh $AM.AN = AH.AB$.

[2] Cho điểm $A$ trên đường tròn $(O; R)$ và gọi $(I)$ là đường tròn có tâm $I$ và đường kính $AO$.

a.Giải thích rõ vị trí tương đối của 2 đường tròn $(O)$ và $(I)$.
b.$B$ là điểm bất kì trên $(O)$ ($B$ không nằm trên đường thẳng $AO$) $AB$ cắt $(I)$ tại $C$.Chứng tỏ $C$ là trung điểm của $AB$ và $IC ||OB$.
c. $CI$ cắt $(I)$ tại $D$, $AD$ cắt $(O)$ tại $E$. Chứng tỏ $B, O, E$ thẳng hàng.
d. Chứng tỏ 3 đường thẳng $AO, BD$ và $CE$ đồng qui tại một điểm. Điểm này là điểm đặc biệt gì của tam giác $ABE$.

[3]  Hai đường tròn $(O)$ và $(O’)$ có cùng bán kính $R$, cắt nhau tại $A$ và $B$, trong đó $\angle OAO’ = 90^\circ$. Vẽ cát tuyến chung $MAN$, $M$ thuộc $(O)$, $N$ thuộc $(O’)$. Tính $AM^2 + AN^2$ theo $R$.

Tính chất hai tiếp tuyến cắt nhau

Leave a reply

Định lý. Nếu hai tiếp tuyến của một đường tròn cắt nhau tại một điểm thì:

  • Điểm đó cách đều hai tiếp điểm.
  • Tia kẻ từ điểm đố qua tâm đường tròn là tia phân giác của góc tạo bởi hai tiếp tuyến.
  • Tia kẻ từ tâm đi qua điểm đó là tia phân giác của góc tạo bởi hai bán kính đi qua các tiếp điểm.

Ví dụ 1. Cho đường tròn $O$ bán kính $R$ và điểm $A$ nằm ngoài đường tròn. Từ $A$ vẽ các tiếp tuyến $AB, AC$ đến $O$ với $B, C$ là các tiếp điểm. Gọi $H$ là giao điểm của $OA$ và $BC$. Chứng minh rằng :

  1. Bốn điểm $O, A, B, C$ cùng thuộc một đường tròn.
  2. $OA$ là đường trung trực của $BC$.
  3. $OH.OA = R^2$.
Gợi ý

1.Ta có $AB, AC$ là tiếp tuyến nên $OB \bot AB,OC \bot AC$. \\

  • Gọi $M$ là trung điểm của $OA$. Tam giác $OAB$ vuông tại $B$ có $BM$ là trung tuyến nên $BM = \dfrac{1}{2}OA = MA = MO$.
  • Tam giác $OCA$ vuông tại $C$ có $CM$ là trung tuyến nên $CM = \dfrac{1}{2}OA$.
  • Từ đó ta có $MA = MO = MB = MC$, do đó 4 điểm $O, A, B, C$ cùng thuộc một đường tròn tâm $M$ đường kính $OA$.

2. Ta có $AB, AC$ là hai tiếp tuyến của $(O)$ nên $AB = AC$, mặt khác $OB = OC = R$, suy ra $OA$ là đường trung trực của đoạn $BC$.

3. $OA$ là trung trực của $BC$ nên $OA \bot BC$ tại $H$.
Tam giác $OBA$ vuông tại $B$ có $BH$ là đường cao nên $OH\cdot OA = OB^2 = R^2$.

Ví dụ 2. Cho đường tròn tâm $O$ đường kính $AB=2R$. $d_1$ là tiếp tuyến tại $A$ và $d_2$ là tiếp tuyến tại $B$. $C$ là một điểm thuộc đường tròn $(O)$, tiếp tuyến tại $C$ cắt $d_1$ và $d_2$ lần lượt tại $D, E$.
1. Chứng minh $DE = AD + BE$.
2. Chứng minh $\angle DOE = 90^\circ$ và $CD\cdot CE = R^2$.

Gợi ý

1.

  • Ta có tiếp tuyến tại $C$ và $A$ cắt nhau tại $D$ nên $DC = DA$.
  • Tiếp tuyến tại $C$ và tiếp tuyến tại $B$ cắt nhau tại $E$ nên $CE = BE$.
    Suy ra $DE = CD + CE = AD + BD$.

2.

  • Ta có $OD$ là phân giác của $\angle CAO$, $OE$ là phân giác của của $\angle BOC$ (t/c hai tiếp tuyến cắt nhau).
  • Mà $\angle CAO$ và $\angle BOC$ là hai góc kề bù, suy ra $OD \bot OE$.
  • Ta có $OC \bot DE$ (t/c tiếp tuyến). Tam giác $DOE$ vuông tại $O$ có $OC$ là đường cao nên $CD.CE = OC^2 = R^2$.

Bài tập.

1.Cho đường tròn tâm $O$ bán kính $R$. Dây cung $AB = R\sqrt{3}$. Tiếp tuyến tại $A$ và $B$ cắt nhau tại $P$. $OP$ cắt $AB$ tại $K$.

a. Chứng minh $OK \bot AB$. Tính $OK$.
b.Tính $PA, PB$. Chứng minh tam giác $PAB$ đều.

2. Cho tam giác $ABC$ vuông tại $A$, đường cao $AH$. Gọi $D, E$ là hình chiếu vuông góc của $H$ trên $AB, AC$.

a.Chứng minh 4 điểm $A, D, H, E$ cùng thuộc đường tròn. Xác định tâm $I$ của đường tròn.
b.Chứng minh $BC$ là tiếp tuyến của $(I)$.
c.Gọi $M, N$ lần lượt là trung điểm $BH, CH$. Chứng minh rằng $DE$ là tiếp tuyến của đường tròn đường kính $MN$.

3. Cho nửa đường tròn tâm O đường kính $AB = 2R$. Trên tiếp tuyến tại $A$ của nửa đường tròn lấy điểm $D$ sao cho $\angle ABD = 30^\circ$, $BD$ cắt $(O)$ tại $C$. Từ $D$ vẽ tiếp tuyến $DE$ đến $(O)$.

a.Tính $BD, AC$.
b. Tính $DE$.
c.Gọi $F$ là trung điểm của $AD$. Chứng minh $CF$ là tiếp tuyến của $(O)$.
d.Gọi $M$ là giao điểm của $OD$ và $AE$, chứng minh $FM \bot OE$.

4. Cho nửa đường tròn tâm $O$ đường kính $AB$, $C$ là một điểm thuộc nửa đường tròn sao cho $AC = R$. Gọi $D$ là điểm đối xứng của $O$ qua $C$.

a. Chứng minh rằng $DA$ là tiếp tuyến của $(O)$.
b. Từ $D$ vẽ tiếp tuyến $DE$ đến $(O)$ ($E$ khác $A$). Tính $DE$ và chứng minh tam giác $ADE$ đều.
c. Tứ giác $OACE$ là hình gì? Tại sao?
d.$DB$ cắt $(O)$ tại $F$. Tính $DF$. Chứng minh $\angle DBE =\angle DEF$.

5. Cho đường tròn tâm $O$, điểm $E$ nằm ngoài đường tròn. Kẻ các tiếp tuyến $EM, EN$ với đường tròn ($M, N$ là các tiếp điểm).
a.Chứng minh $OE$ vuông góc với $MN$.
b.Vẽ đường kính $NB$ của đường tròn $(O)$. Biết $OE \bot MN$ tại $H$. Chứng minh tứ giác $OBMH$ là hình thang.
c. Biết $OM = 2, OE = 4$. Tính độ dài các cạnh của tam giác $EMN$.
d.Tính diện tích tam giác $EMN$.