Chuyên đề tính diện tích tam giác, diện tích tứ giác nhờ sử dụng các tỉ số lượng giác
Tài liệu gồm 14 trang, được biên soạn bởi tác giả Toán Học Sơ Đồ, tổng hợp kiến thức trọng tâm, phân dạng và hướng dẫn giải các dạng bài tập tự luận & trắc nghiệm chuyên đề tính diện tích tam giác, diện tích tứ giác nhờ sử dụng các tỉ số lượng giác, mời bạn đọc đón xem.
Chủ đề: Chương 1: Hệ thức lượng trong tam giác vuông
Môn: Toán 9
Thông tin:
Tác giả:
Preview text:
CHUYÊN ĐỀ TÍNH DIỆN TÍCH TAM GIÁC, DIỆN TÍCH TỨ GIÁC
NHỜ SỬ DỤNG CÁC TỈ SỐ LƯỢNG GIÁC
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1
.Ta đã biết cách tính diện tích tam giác theo một công thức rất quen thuộc là S
ah, trong đó a là độ dài một 2
cạnh của tam giác, h là chiều cao ứng với cạnh đó.
.Bây giờ ta vận dụng các tỉ số lượng giác, các hệ thức về cạnh và góc trong tam giác vuông để xây dựng thêm các
công thức tính diện tích tam giác, tứ giác.
B. BÀI TẬP MINH HỌA
Ví dụ 1. Chứng minh rằng diện tích một tam giác bằng nửa tích hai cạnh nhân với sin của góc
nhọn tạo bởi các đường thẳng chứa hai cạnh ấy. Giải
Gọi là góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng chứa hai cạnh AB, AC của tam giác ABC. Vẽ đường cao CH. Xét ACH
vuông tại H có CH AC.sin 1 1 Diện tích ABC là S A .
B CH. Do dó S A . B AC.sin. 2 2 1 Lưu ý: Nếu 0
90 , ta có ngay S A . B AC 2 Như vậy 0
sin 90 1, điều này sẽ học ở các lớp trên.
Ví dụ 2. Tứ giác ABCD có AC m,
BD n, góc nhọn tạo bởi hai đường chéo bằng .
Chứng minh rằng diện tích của tứ giác này được tính theo công thức 1
S mn sin. Giải 2
Gọi O là giao điểm của AC và BD. Giả sử BOC . Vẽ AH BD, CK . BD
Ta có AH OAsin ;
CK OC sin và OA OC AC.
1. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Diện tích tứ giác ABCD là: 1 1 S S S B . D AH B . D CK ABD CBD 2 2 1 1
BD(AH CK) BD(OAsin OC sin) 2 2 1 1 1
BDsin(OA OC) AC.BDsin mnsin 2 2 2 Lưu ý: 1 1
• Nếu AC BD ta có ngay S
AC.BD mn 2 2
• Phương pháp tính diện tích của tứ giác trong ví dụ này là chia tứ giác thành hai tam giác
không có điểm trong chung, rồi tính diện tích của từng tam giác.
Ví dụ 3. Cho tam giác nhọn ABC. Gọi độ dài các cạnh BC, CA, AB lần lượt là a, b, c. Tính diện
tích tam giác ABC biết a 4 2cm, b 5cm, c 7c . m Giải
Theo định lí côsin ta có: 2 2 2
a b c 2bc cos . A Do đó 2 2 2
4 2 5 7 2.5.7.cos A 3 9 4 Suy ra 2
cos A sin A 1 cos A 1 5 25 5 1 1 4
Vậy diện tích tam giác ABC là: S bc sin A .5.7. 14 2 cm 2 2 5
Nhận xét: Trong cách giải trên ta đã tìm cos A rồi suy ra sin .
A Ta cũng có thể vận dụng định lí
côsin để tìm cos B rồi suy ra sin B (hoặc tìm cos C rồi suy ra sin C)
Ví dụ 4. Tứ giác ABCD có AC BD 12c .
m Góc nhọn giữa hai đường chéo là 45 . Tính diện tích
lớn nhất của tứ giác đó. Giải
Gọi O là giao điểm của AC và BD. Giả sử AOD 45 .
Diện tích tứ giác ABCD là: 1 1 2 2
S AC.B .
D sin 45 AC.B . D .AC.BD 2 2 2 4 2
AC BD
Theo bất đẳng thức Cô‐si, ta có: AC.BD 2
2. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 2
2 AC BD 2 Do đó 2 S .6 9 2 2 cm 4 2 4 Vậy 2
max S 9 2cm khi AC BD 6c . m
Ví dụ 5. Cho tam giác ABC, A 60 .
Vẽ đường phân giác AD. 1 1 3 Chứng minh rằng: AB AC AD Giải Ta có 1 1 1 0 S A . B A . D sin 30 A . B A . D ABD 2 2 2 1 1 1 S
AC.AD . sin 30 AC.A . D . ACD 2 2 2 1 1 3 S A . B AC.sin 60 A . B AC. ABC 2 2 2 1 1 1 1 1 3 Mặt khác S S S . AB . AD AC. . AD A . B AC. ABD ACD ABC nên 2 2 2 2 2 2
Do đó AD AB AC A . B AC 3 AB AC 3 1 1 3 Suy ra hay . AB.AC AD AB AC AD
Nhận xét: Phưong pháp giải trong ví dụ này dựa trên quan hệ tổng diện tích các tam giác ABD
và tam giác ACD bằng diện tích tam giác ABC.
Ví dụ 6. Tam giác ABC có mỗi cạnh đều nhỏ hơn 4cm. Chứng minh rằng tam giác này có diện tích nhỏ hơn 2 7cm Giải 3 Giả sử
A B C, khi đó A 60 và sin A 2
Diện tích tam giác ABC là: 1 1 3 S A .
B AC.sin A .4.4. 4 3 6,92... 7 2 cm . 2 2 2
Nhận xét: Do vai trò các góc A, B, C của tam giác ABC là như nhau nên ta có thể giả sử 3
A B C, từ đó suy ra A 60 ,
dẫn tới sin A 2
3. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN • Tính diện tích
Bài 1. Chứng minh rằng diện tích cùa hình bình hành bằng diện tích của hai cạnh kề nhân với
sin của góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng chứa hai cạnh ấy.
Bài 2. Cho hình chữ nhật ABCD, AC a và
BAC 0 45. Chứng minh rằng diện tích 1
của hình chữ nhật ABCD là 2
S a sin 2 2
Bài 3. Cho góc nhọn xOy. Trên tia Ox lấy điểm A và C, trên tia Oy lấy điểm B và D sao cho OA OB S m, .
n Chứng minh rằng AOB . m n OC OD SCOD
Bài 4. Tam giác nhọn ABC có BC a, CA b, AB .
c Gọi diện tích tam giác ABC là S. Chứng 2 2 2
b c a minh rằng S
. Áp dụng với a 39, 40 b ,
c 41 và A 45 . Tính S. 4cot A
Bài 5. Cho góc xOy có số đo bằng 45 .
Trên hai cạnh Ox và Oy lần lượt lấy hai điểm A và B sao
cho OA OB 8c .
m Tính diện tích lớn nhất của tam giác AOB.
Bài 6. Cho tam giác nhọn ABC. Trên các cạnh AB, BC, CA lần lượt lấy các điểm M,N, P sao cho 1 1 1 1
AM AB, BN BC, CP .
CA Chứng minh rằng diện tích tam giác MNP nhỏ hơn diện 4 3 2 3 tích tam giác ABC.
Bài 7. Cho đoạn thẳng AB 5c .
m Lấy điểm O nằm giữa A và B sao cho OA 2 . cm Trên một nửa
mặt phẳng bờ AB vẽ các tia Ax, By cùng vuông góc với AB. Một góc vuông đỉnh O có hai cạnh
cắt các tia Ax, By lần lượt tại D và E. Tính diện tích nhỏ nhất của tam giác DOE.
Bài 8. Cho hình bình hành ABCD, góc B nhọn. Gọi H và K lần lượt là hình chiếu của A trên các
đường thẳng DC và BC.
a) Chứng minh rằng KAH ABC, từ đó suy ra KH AC.sin B;
b) Cho AB a, BC b và B 60 .
Tính diện tích AHK và tứ giác AKCH.
• Chứng minh các hệ thức Bài 9. Cho tam giác
ABC(AB AC), A 60 .
Đường phân giác ngoài tại đỉnh A cắt đường thẳng 1 1 1
BC tại N. Chứng minh rằng: AB AC AN
Bài 10. Cho tam giác ABC vuông tại A AB AC . Các đường phân giác trong và ngoài tại đỉnh
A của tam giác cắt đường thẳng BC tại M và N. Chứng minh rằng: 1 1 2 1 1 2 a) b) AM AN AB AM AN AC
4. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com Bài 11. Cho tam giác 0
ABC, A 90 . Vẽ đường phân giác AD. Chứng minh rằng: 2cos 1 1 2 AB AC AD
Bài 12. Cho góc xOy có số đo bằng 30 .
Trên tia phân giác của góc đó lấy điểm A sao choOA a .
Qua A vẽ một đường thẳng cắt Ox và Oy theo thứ tự tại B và C. 1 1 Tính giá trị của tổng OB OC
Bài 13. Cho hình bình hành ABCD, góc nhọn giữa hai đường chéo bằng góc nhọn của hình bình
hành. Chứng minh rằng độ dài hai đường chéo tỉ lệ với độ dài hai cạnh kề của hình bình hành.
• Tính số đo góc. Tính độ dài
Bài 14. Tam giác nhọn ABC có AB 4, 6c ; m 5
BC ,5cm và có diện tích là 2
9, 69cm . Tính số đo
góc B (làm tròn đến độ).
Bài 15. Cho hình bình hành ABCD, B 90 .
Biết AB 4cm,
BC 3cm và diện tích của hình bình hành là 2
6 3cm . Tính số đo các góc của hình bình hành.
Bài 16. Cho tam giác ABC có diện tích 2 S 50cm , 90 A .
Trên hai cạnh AB và AC lần lượt 1
lấy các điểm D và E sao cho ADE nhọn, có diện tích là S S. 1 Chứng minh rằng 2 DE 10 tan cm 2
Bài 17. Cho tam giác ABC, đường phân giác AD. Biết AB 4, 7cm, 5
AC ,3cm và A 72 . Tính
độ dài AD (làm tròn đến hàng phần mười). Bài 18. Cho tam giác ABC, 6 AB c , m AC 12c , m A 120 .
Vẽ đường phân giác AD. Tính độ dài AD.
Bài 19. Cho tam giác ABC, AB 5cm, BC 7cm, CA 8 .
cm Vẽ đường phân giác AD. Tính độ dài AD. 1 1 1
Bài 20. Cho tam giác ABC, đường phân giác AD. Biết
, tính số đo góc BAC. AB AC AD HƯỚNG DẪN
Bài 1. Xét hình bình hành ABCD, D 90 . Vẽ đường cao AH.
Xét tam giác ADH vuông tại H, ta có: AH .s AD in
5. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Diện tích hình bình hành ABCD là: S C . D AH C . D A . D sin. Vậy S A . D DC.sin. Bài 2. Xét ABC vuông tại B có
AB AC cos a cos; s
BC AC in a sin
Diện tích hình chữ nhật ABCD là: 2 S A .
B BC a c
os . a sin a sin cos 1 1 2 2
a .2sin cos a sin 2 2 2 1 1 Bài 3. Tacó S O . A OB sin; . S OC OD sin. AOB 2 COD 2 1 . OA OB sin S OA OB Do đó AOB 2 . . m n S 1 OC OD COD OC.OD sin 2 Bài 4. Vì ABC
nhọn nên theo định lí côsin ta có 2 2 2
a b c 2bc cos A 2 2 2
b c a cos A 2bc 2 2 2 2 2 2 cos A
b c a
b c a 1 Ta có cot A
(vì S bc sin ) A sin A 2bc sin A 4S 2 2 2 2
b c a Do đó S . 4cot A
Áp dụng: Với a 39, b 40,
c 41 và A 45 ta có: 2 2 2 40 41 39 S 440 (đvdt) 0 4 cot 45
Bài 5. Ta đặt diện tích tam giác AOB là S. 1 1 Ta có S O . A OB sin O . OA OB sin 45 2 2 1 2 2 . OA . OB . OA OB 2 2 4 2 2
OA OB 8 Nhưng . OA OB 16 2 2
6. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 2 Do đó S .16 4 2 2
cm khi OA OB 4cm 4 Vậy 2
max S 4 2cm 1 3
Bài 6. Tacó AM
AB BM AB; 4 4 1 2
BN BC CN BC; 3 3 1 1
CP CA AP . CA 2 2 Ta đặt S S ; S S ; S S S S AMP 1 BMN 2 CNP 3 và ABC Khi đó: 1 1 1 1 1 1 1
S AM .AP sin A . A . B
AC.sin A . A .
B AC.sin A S 1 2 2 4 2 8 2 8 1 1 3 1 1 1 1
S BM .BN sin B . A .
B BC.sin B . B .
A BC.sin B S 2 2 2 4 3 4 2 4 1 1 2 1 1 1 1
S CN.CP sin C . . CB . .
CA sin C . C . B C .
A sin C S 3 2 2 3 2 3 2 3 1 1 1 17 17 7
Vậy S S S S S. S S S S 1 2 3 Do đó 8 4 3 24 MNP 24 24 7 8 1 S S S S. MNP 24 24 3
Cách giải khác: (không dùng tỉ số lượng giác) (h.5.10) 3
Vẽ đoạn thẳng AN. Xét các tam giác NMB và NAB có BM
AB và chung chiều cao vẽ từ 4 4 3
đỉnh N nên S S . 1 2 4 NAB 1
Xét các tam giác ABN và ABC có BN BC nên 3 1 S S ABN 2 3 3 1 1
Từ (1) và (2) suy ra S . S S 2 4 3 4 1 1
Chứng minh tương tự ta được S S; S S 3 1 3 8
7. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 1 1 1 7 8 1 Do đó S S S S S S MNP 8 4 3 24 24 3 Bài 7. Ta có
AOD BEO (cùng phụ với BOE . ) Ta đặt AOD thì BEO OA 2 Xét AO
D vuông tại O, ta có: OD cos cos OB 3 Xét BE
O vuông tại B, ta có: OE sin sin
Diện tích tam giác DOE là: 1 1 2 3 6 S O . D OE . . * 2 2 cos sin 2sin cos
Áp dụng bất đẳng thức 2 2
x y 2xy ta được: 2 2
sin cos 2sin cos hay 1 2sin o c s 6 6
Thay vào (*) ta đươc: S 2sin cos 1
(dấu “=” xảy ra khi sin cos 45) Vậy 2
min S 6cm khi 45
Nhận xét: Việc đặt
AOD giúp ta tính được các cạnh góc vuông của DOE, từ đó tính được
diện tích của tam giác này theo các tỉ số lượng giác của góc . Do đó việc tìm min S đưa về tìm
max sin cos đơn giản hơn.
Bài 8. a) Ta có AB / /CD mà AH CD nên AH . AB
• ADH và ABK có: H K 90 ;
D B (hai góc đối của hình bình hành).
Do đó ADH ∽ ABK (g.g). AD AH Suy ra AB AK AK AH AH Do đó
(vì AD BC) AB AD BC
• KAH và AB C có
KAH B (cùng phụ với BAK ; ) AK AH . AB BC
Do đó KAH ∽ ABC (c.g.c).
8. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com KH AK Suy ra AC AB AK
Xét ABK vuông tại K có sin B AB KH Vậy
sin B hay KH AC.sin B AC 1 1 ab 3
b) Diện tích tam giác ABC là S A .
B BC.sin B a . b sin 60 (đvdt). 2 2 4 2 S AK 2 3 Vì S ∽ S KAH sin B KAH ABC nên S AB 4 ABC 3 3 ab 3 3 3ab Suy ra S S KAH (đvdt) 4 ABC 4 4 16 ab 3 Ta có S absin 60 ABCD (dvdt) 2 1 1 S .
BA BK.sin 60 .B . A BA ABK cos60 .sin60 2 2 2 1 1 3 a 3 . a . a . (đvdt) 2 2 2 8 1 1 S D .
A DH.sin 60 .D . A DA ADH cos60 .sin 60 2 2 2 1 1 3 b 3 2 b . . (đvdt) 2 2 2 8 Mặt khác S S S S AKCH ABCD ABK ADH 2 2 ab 3 a 3 b 3 3 Nên S
ab a b AKCH 2 2 4 (đvdt) 2 8 8 8 Bài 9. Ta có
NAx NAB 0 0 0 180 60 : 2 60 1 S
AN.AC.sin 60 ANC 2 1 S AN.A . B sin 60 ANB 2 1 S A . B AC.sin 60 ABC 2 Vì S S S ANC ANB ABC
9. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 1 1 1 nên
AN.AC.sin 60 AN.A . B sin 60 . AB AC.sin 60 2 2 2
Do đó AN AC AB . AB AC AC AB 1 1 1 1 Suy ra hay . AB AC AN AB AC AN
5.10. a) AM, AN là hai đường phân giác của hai góc kề bù nên AM AN. 1 1 2 0 S A .
B AM .sin 45 A . B AM . ABM ; 2 2 2 1 1 2 0 S A .
B AN.sin 45 A . B AN. ABN ; 2 2 2 1 S AM .AN AMN
(vì AMN vuông tại A). 2 Mặt khác, S S S ABM ABN AMN nên: 1 2 1 2 1 . AB AM . . AB AN. AM .AN 2 2 2 2 2
Do đó AB AM AN 2 . AM .AN. 2 AM AN 1 1 1 2 hay + ; AM .AN 2 AM AN AB . AB 2
b) Góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng AN, AC là 45 . 1 1 2 Ta có S
AC.AN.sin 45 AC.AN. ; ANC 2 2 2 1 1 2 S
AC.AM .sin 45 AC.AM . ; AMC 2 2 2 1 S AM .AN AMN (vì AMN vuông tại A). 2 1 2 1 2 1 Mặt khác, S S S AC.AN. AC.AM . AM .AN. ANC AMC AMN nên 2 2 2 2 2
Do đó AC AN AM 2 . AM .AN 2 AN AM 1 1 1 2 Suy ra hay - AM .AN 2 AM AN AC AC. 2
10. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com Bài 11.
• Trường hợp góc A nhọn Ra đặt A 1 Ta có S A . B A . D sin ABD 2 2 1 1 S AC.A . D sin ; S A . B AC.sin ACD 2 2 ABC 2 Mặt khác, S S S ABD ACD ABC nên 1 1 1 . AB . AD sin AC. . AD sin . AB AC.sin 2 2 2 2 2 Suy ra . AB A . D sin AC. . AD sin A . B AC.2.sin cos 2 2 2 2 (vì sin 2sin cos ) 2 2
Do đó AD AB AC . AB AC.2.cos 2 2.cos AB AC 2.cos 1 1 Suy ra 2 dẫn tới 2 A . B AC AD AB AC AD
• Trường hợp góc A tù Ta đặt BAC thì BAx 180 . Khi đó BAx là góc nhọn. Ta có S S S ABD ACD ABC 1 1 1 Do đó . AB A . D sin AC.A . D sin .
AB AC.sin 180 2 2 2 2 2 1 180 180 1 . AB AC.2.sin cos . AB AC.2.sin 90 cos 90 2 2 2 2 2 2 1 . AB AC.2.cos sin 2 2 2
Suy ra AD AB AC A . B AC.2.cos 2 2.cos AB AC 2.cos 1 1 Do đó 2 hay 2 . AB AC AD AB AC AD
11. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 1 1 2
Nhận xét: Nếu A 90 thì ta chứng minh được
, vẫn phù hợp với kết luận của AB AC AD bài toán. Bài 12. 1 Ta có 0 S O . A O . B sin15 AOB 2 1 0 S O . A OC.sin15 AOC 2 1 0 S O . B OC.sin 30 BOC 2 Mặt khác, S S S AOB AOC BOC 1 1 1 nên . OA . OB sin15 .
OA OC.sin15 O . B OC.2sin15cos15 2 2 2
Do đó OAOB OC 2 . OB OC cos15 .
OB OC 2 cos15 2 6 2 1 1 6 2 Suy ra hay . OB OC OA OB OC .4 a 2a
Bài 13. Gọi O là giao điểm hai đường chéo.
Ta đặt OC OA x,
OD OB y, AD m, CD . n Giả sử
AOD ADC 90 . Xét OCD có
AOD là góc ngoài nên
D C A D O 2 1 Mặt khác
D C ADC . C D 2 1 Suy ra 1 1 1 1 Ta có S .
m y sin D ; S . n x sin C ADO 1 DCO 1 2 2 Mặt khác S S m y n x ADO DCO nên . . . x m 2x m AC AD Do đó hay y n 2 y n BD DC 1
Bài 14. Ta có S A . B BC sin B 2 2S 2.9, 69 0 sin B sin 50 . AB BC 4, 6.5,5
12. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com Vậy B 50 .
Bài 15. Ta có S A . B AC.sin B S 6 3 3 sin B sin 60 . AB BC 4.3 2 Vậy
B 60 D 60 ; 120 A C .
Bài 16. Ta đặt AD x, AE . y 1
Khi đó diện tích ADE là S . x y sin; 1 2 1 2
S S 25cm 1 2 Ta có 2 2 2
DE x y 2xy cos Mặt khác 2 2
x y 2xy (dấu “=” xảy ra khi x y). Do đó 2
DE 2xy 2xy cos 2xy 1 cos xy S 2 100.2sin 2 sin 1 cos 4 1 cos 1 2 100 tan sin sin 2 2sin cos 2 2 Vậy DE 100 tan 10 tan 2 2 2 cos 1 A Bài 17. Ta có 2 (bài 5.11) AB AC AD 0 0 1 1 2cos 36 10 2cos36 Do đó 4,7 5,3 AD 4,7.5,3 AD 0 4, 7.5,3.2.cos 36 Suy ra AD 4,0cm 10 2 cos 1 A Bài 18. Ta có 2 AB AC AD
13. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com 0 1 1 2cos 60 1 1 Do đó
AD 4cm 6 12 AD 4 AD
Bài 19. Vì cạnh CA là cạnh lớn nhất nên góc B là góc lớn nhất trong AB C. Ta thấy 2 2 2
AC AB BC (vì 2 2 2
8 5 7 ) nên góc B là góc nhọn, do dó AB
C là tam giác nhọn.
Theo định lí côsin ta có: 2 2 2 2 2 2
BC AB AC 2bc cos A 7 5 8 2.5.8cos A 1 Do đó 0
cos A A 60 2 0 1 A 2 cos 30 Ta có: AB AC AD 3 2. 1 1 13 3 40 3 2 AD cm 5 8 AD 40 AD 13 2 cos 1 1 Bài 20. Ta đặt BAC . Ta có 2 AB AC AD 1 1 1 Mặt khác AB AC AD 2 cos 1 1 Suy ra 2 . Do đó 0 2 cos 1 cos cos 60 AD AD 2 2 2 Do đó 0 0 cos 60 120 2
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐Toán Học Sơ Đồ‐‐‐‐‐‐‐‐‐
14. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com