Giáo án Hình học Lớp 8 - Chủ đề 8: Vẽ hình phụ để giải toán trong chương tứ giác

CHỦ ĐỀ 8. VẼ HÌNH PHỤ ĐỂ GIẢI TOÁN TRONG CHƯƠNG TỨ GIÁC
A. Kiến thức cần nhớ
	Nhiều bài toán trong chương tứ giác cần phải vẽ hình phụ thì mới giải được. Vẽ hình phụ để tạo thêm sự liên kết giữa giả thiết và kết luận từ đó dễ tìm ra cách giải. Một số cách vẽ hình phụ thường dùng trong chương này là:
1. Nếu đề bài có hình thang thì từ một đỉnh có thể vẽ thêm một đường thẳng:
 	- song song với một cạnh bên;
 	- song song với một đường chéo;
 	- vuông góc với đáy.
	Khi vẽ như vậy, một đoạn thẳng đã được dời song song với chính nó từ vị trí này đến một vị trí khác thuận lợi hơn trong việc liên kết với các yếu tố khác, từ đó giải được bài toán.
2. Vẽ thêm hình bình hành 
	Để chứng minh hai đường thẳng song song, chứng minh quan hệ về độ dài, chứng minh ba đường thẳng đồng quy, ba điểm thẳng hàng, tính số đo góc, 
3. Vẽ thêm trung điểm của đoạn thẳng 
	+ Để vận dụng định lí đường trung bình của tam giác, của hình thang, định lí đường trung tuyến ứng với cạnh huyền của tam giác vuông. 
	+ Cũng có thể vẽ thêm đường thẳng song song để tạo ra đường trung bình của tam giác, hình thang.
	+ Dùng định lí đường trung bình có thể chứng minh các quan hệ song song, thẳng hàng, các quan hệ về độ dài, 
4. Vẽ điểm đối xứng với một điểm cho trước qua một đường thẳng hoặc qua một điểm. 
	Nhờ cách vẽ này ta cũng có thể dời một đoạn thẳng, một góc từ vị trí này sang vị trí khác thuận lợi cho việc chứng minh.
B. BÀI TẬP VẬN DỤNG.
I. MỘT SỐ VÍ DỤ.
Ví dụ 1. Chứng minh rằng trong một hình thang tổng hai cạnh bên lớn hơn hiệu hai cạnh đáy.
Giải
* Tìm cách giải
	Xét hình thang ABCD (AB // CD), ta phải chứng minh AD + BC > CD - AB.
Điều phải chứng minh rất gần với bất đẳng thức tam giác. Điều này gợi ý cho ta vẽ hình phụ để có AD + BC là tổng các độ dài hai cạnh của một tam giác.
* Trình bày lời giải
	Vẽ BM // AD (M Î CD) ta được DM = AB và BM = AD.
	Xét DBMC có BM + BC > MC Þ AD + BC > DC – DM 
	hay AD + BC > CD – AB (đpcm).
	Trường hợp hai cạnh bên song song thì hai đáy bằng nhau, bài toán hiển nhiên đúng.
Ví dụ 2. Cho hình thang ABCD (AB // CD), hai đường chéo vuông góc với nhau. Biết AB = 5cm, CD = 12cm và AC = 15cm. Tính độ dài BD.
Giải
* Tìm cách giải
	Ba đoạn thẳng AB, AC và CD đã biết độ dài nhưng ba đoạn thẳng này không phải ba cạnh của một tam giác nên không tiện sử dụng. Ta sẽ dời song song đường chéo AC đến vị trí BE thì tam giác BDE vuông tại B biết độ dài hai cạnh, dễ dàng tính được độ dài cạnh thứ ba BD.
* Trình bày lời giải
	Vẽ BE // AC (E Î tia DC). 
	Khi đó BE = AC = 15cm; CE = AB = 5cm.
	Ta có BE ^ BD (vì AC ^ BD).
	Xét DBDE vuông tại B có (cm).
Ví dụ 3. Hình thang ABCD có Biết AB = 3cm; và CD = 5cm. Chứng minh rằng 
Giải
* Tìm cách giải
	Nếu dời song song đoạn thẳng AD tới vị trí BH thì được DBHC vuông tại H. Ta dễ dàng tính được HC = HB, do đó tính được góc C, góc B.
* Trình bày lời giải
	Vẽ BH ^ CD (H Î CD) thì BH // AD, do đó DH = AB = 3cm
	suy ra HC = 5 – 3 = 2 (cm).
	Xét DBHC vuông tại H, áp dụng định lí Py-ta-go ta có 
	 (cm).
	Vậy DHBC vuông cân do đó suy ra 
Ví dụ 4. Cho tứ giác ABCD, hai đường chéo cắt nhau tại O. Cho biết và AC = BD = a. Chứng minh rằng AB + CD ³ a.
Giải
* Tìm cách giải
Từ điều phải chứng minh ta thấy cần vận dụng bất đẳng thức tam giác. Do đó cần vẽ hình phụ để tạo ra một tam giác có hai cạnh lần lượt bằng AB, CD và cạnh thứ ba bằng đường chéo AC.
	Nếu vẽ thêm hình bình hành ABEC thì các yêu cầu trên được thoả mãn.
* Trình bày lời giải
	Vẽ hình bình hành ABEC, ta được BE // AC suy ra
	 BE = AC = a; AB = CE.
	Tam giác BDE là tam giác đều Þ DE = a.
	Xét ba điểm C, D, E ta có CE + CD ³ DE 
	hay AB + CD ³ a (dấu "=" xảy ra khi điểm C nằm giữa D và E hay DC // AB. Khi đó tứ giác ABCD là hình thang cân).
Ví dụ 5. Cho hình chữ nhật ABCD. Vẽ AH ^ BD. Gọi K và M lần lượt là trung điểm của BH và CD. Tính số đo của góc AKM.
Giải 
* Tìm cách giải
	Bài toán có cho hai trung điểm K và M nhưng chưa thể vận dụng trực tiếp được. 
	Ta vẽ thêm trung điểm N của AB để vận dụng định lí đường trung bình của hình chữ nhật, đường trung bình của tam giác.
* Trình bày lời giải
Gọi N là trung điểm của AB thì MN là đường trung bình của hình chữ nhật ABCD Þ MN // AD.
	Mặt khác, AN // DM nên tứ giác ANMD là hình bình hành. Hình bình hành này có nên là hình chữ nhật. Suy ra hai đường chéo AM và DN cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đường: OA = OM = ON = OD.
Xét DABH có NK là đường trung bình nên NK // AH Þ NK ^ BD (vì AH ^ BD).
Do đó DKDN vuông tại K.
	Xét DKDN có KO là đường trung tuyến ứng với cạnh huyền nên 
	Vậy DKAM vuông tại K 
Ví dụ 6. Cho hai điểm A và B thuộc cùng một nửa mặt phẳng bờ là đường thẳng d. Tìm trên d một điểm M sao cho hai tia MA, MB tạo với đường thẳng d hai góc nhọn bằng nhau.
Giải
* Tìm cách giải
	Giả sử đã tìm được điểm M Î d sao cho Vẽ điểm A' đối xứng với A qua d thì suy ra (cùng bằng Do đó ba điểm A', M, B thẳng hàng.
* Trình bày lời giải
	- Vẽ điểm A' đối xứng với A qua d;
	- Vẽ đoạn thẳng A'B cắt đường thẳng d tại M;
	- Vẽ đoạn thẳng MA ta được 
	Thật vậy, do A' đối xứng với A qua d nên 
	Mặt khác, (đối đỉnh) nên 
II. LUYỆN TẬP
· Vẽ thêm đường thẳng song song 
Chứng minh rằng nếu một hình thang có hai cạnh bên bằng nhau thì đó là hình thang cân hoặc hình bình hành.
Cho hình thang hai đáy không bằng nhau. Chứng minh rằng tổng hai góc kề đáy lớn nhỏ hơn tổng hai góc kề đáy nhỏ.
Cho hình thang ABCD (AB // CD), BD ^ CD. Cho biết AB + CD = BD = a. Tính độ dài AC.
Cho hình thang cân ABCD (AB // CD), đường cao bằng h và tổng hai đáy bằng 2h. Tính góc xen giữa hai đường chéo.
Chứng minh rằng trong một hình thang thì tổng các bình phương của hai đường chéo bằng tổng các bình phương của hai cạnh bên cộng với hai lần tích của hai cạnh đáy.
· Vẽ thêm hình bình hành 
Cho tam giác ABC. Dựng ra ngoài tam giác này các tam giác đều ABD, BCE, CAF. Chứng minh rằng trọng tâm của tam giác DEF trùng với trọng tâm của tam giác ABC.
Cho tam giác đều ABC. Trên cạnh BC lấy điểm M. Qua M vẽ một đường thẳng vuông góc với AB cắt AB tại H, cắt đường thẳng vuông góc với AC vẽ từ C tại điểm K. Gọi N là trung điểm của BM. Chứng minh rằng tam giác ANK có số đo các góc tỉ lệ với 1, 2, 3.
Dựng tứ giác ABCD sao cho AB = 2,5cm; BC = 3cm; CD = 4,5cm; DA = 3,5cm và góc nhọn giữa hai đường thẳng AD, BC là 40o.
· Vẽ thêm trung điểm - Tạo đường trung bình 
Cho hình thang ABCD (AB // CD), Vẽ DH ^ AC. Gọi K là trung điểm của HC. Tính số đo của góc BKD.
Cho hình vuông ABCD, hai đường chéo cắt nhau tại O. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của OA và CD. Chứng minh rằng tam giác MNB vuông cân.
Cho tam giác ABC cân tại A, đường phân giác BM. Từ M vẽ một đường thẳng vuông góc với BM cắt đường thẳng BC tại D. Chứng minh rằng 
BD = 2CM.
Cho tứ giác ABCD, Gọi E và F lần lượt là hình chiếu của C và D trên đường thẳng AB. Chứng minh rằng AF = BE.
Cho đường thẳng xy. Vẽ tam giác ABC trên một nửa mặt phẳng bờ xy. Gọi G là trọng tâm của tam giác ABC. Từ A, B, C và G vẽ các đường thẳng song song với nhau cắt xy lần lượt tại A', B', C' và G'. Chứng minh rằng AA' + BB' + CC' = 3GG'.
Cho tam giác ABC vuông cân tại A. Trên các cạnh AB và AC lần lượt lấy các điểm M và D sao cho AM = AD. Từ A và M vẽ các đường thẳng vuông góc với BD chúng cắt BC lần lượt tại E và F. Chứng minh rằng 
Cho tứ giác ABCD. Gọi A', B', C', D' lần lượt là trọng tâm của các tam giác BCD, CDA, DAB, ABC. Chứng minh rằng:
Các đường thẳng AA', BB', CC', DD' cùng đi qua một điểm;
Điểm này chia AA', BB', CC', DD' theo cùng một tỉ số.
Cho tam giác ABC và một điểm O nằm trong tam giác sao cho Vẽ OH ^ AB, OK ^ AC. Chứng minh rằng đường trung trực của HK đi qua một điểm cố định.
· Vẽ thêm hình đối xứng
Cho góc xOy có số đo bằng 60o và một điểm A ở trong góc đó sao cho A cách Ox là 2cm và cách Oy là 1cm.
	a) Tìm một điểm B trên Ox và một điểm C trên Oy sao cho chu vi tam giác ABC nhỏ nhất;
	b) Tính độ dài nhỏ nhất của chu vi tam giác ABC.
Dựng tam giác biết một đỉnh, trọng tâm và hai đường thẳng đi qua hai đỉnh còn lại.