Chuyên đề 9: Hệ thức lượng trong tam giác

Chuyên đề 9: HỆ THỨC LƯỢNG TRONG TAM GIÁC TÓM TẮT GIÁO KHOA I. Các ký hiệu: • A, B, C: là các góc đỉnh A, B, C • a, b, c : là độ dài các cạnh đối diện với các đỉnh A, B, C • ha, hb, hc : là độ dài các đường cao hạ từ các đỉnh A, B, C • ma, mb, mc : là độ dài các đường trung tuyến kẻ từ A, B, C • la, lb, lc : là độ dài các đường phân giác trong kẻ từ A, B, C • R : là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC • r : là bán kính đường tròn nội tiếp tam giác ABC • p = 2 1 (a+b+c) : là nữa chu vi tam giác ABC • S : là diện tích tam giác ABC c a b malaha H D MB A C II. Các hệ thức lượng trong tam giác vuông : Trong tam giác vuông ABC . Gọi b', c' là độ dài các hình chiếu các cạnh góc vuông lên cạnh huyền ta có các hệ thức: ⎩⎨ ⎧ == == ⎩⎨ ⎧ == === += = += == gBbtgCbc gCctgBcb BaCac CaBab cbha cbh cbh cba cabab cot.. cot.. .7 cos.sin. cos.sin. .6...5 111.4 ..3 .2 ...1 222 ''2 222 ''2 c & 2 46 c b a h c' b' H A B C II. Các hệ thức lượng trong tam giác thường 1. Định lý hàm số CÔSIN: Trong tam giác ABC ta luôn có : Cabbac Bcaacb Abccba cos2 cos2 cos2 222 222 222 −+= −+= −+= 47 c b a A B C Ghi nhớ: Trong một tam giác, bình phương mỗi cạnh bằng tổng bình phương hai cạnh kia trừ đi hai lần tích hai cạnh ấy với côsin của góc xen giữa chúng. Hệ quả: Trong tam giác ABC ta luôn có : bc acbA 2 cos 222 −+= , ac bcaB 2 cos 222 −+= , ab cbaC 2 cos 222 −+= 2. Định lý hàm số SIN: Trong tam giác ABC ta có : R C c B b A a 2 sinsinsin === Hệ quả: Với mọi tam giác ABC, ta có: CRcBRbARa sin2,sin2,sin2 === ca b O A B C Ghi nhớ: Trong một tam giác, tỷ số giữa một cạnh của tam giác và sin của góc đối diện với cạnh đó bằng đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác. 3. Định lý về đường trung tuyến: Trong tam giác ABC ta có : 42 42 42 222 2 222 2 222 2 cbam bcam acbm c b a −+= −+= −+= 48 4. Định lý về diện tích tam giác: Diện tích tam giác ABC được tính theo các công thức sau: ))()((.5 .4 4 .3 sin 2 1sin 2 1sin 2 1.2 2 1 2 1 2 1.1 cpbpappS prS R abcS AbcBacAabS chbhahS cba −−−= = = === === c a b ma MB A C ca bha HB A C 5. Định lý về đường phân giác: ba Cab l ca Bac l cb Abc l cba +=+=+= 2 cos2 ;2 cos.2 ;2 cos.2 CÁC DẠNG TOÁN CƠ BẢN Dạng 1: CHỨNG MINH ĐẲNG THỨC LƯỢNG GIÁC TRONG TAM GIÁC Để chứng minh đẳng thức lượng giác A=B ta có thể thực hiện theo một trong các phương pháp sau Phương pháp 1: Biến đổi vế này thành vế kia Phương pháp 2: Xuất phát từ một một hệ thức đúng đã biết để suy ra đẳng thức cần chứng minh VÍ DỤ MINH HỌA: Ví dụ 1: Cho tam giác ABC. Chứng minh các đẳng thức sau: a) A Bsin A sin B sin C 4.cos .cos .cos 2 2 + + = C 2 b) 2 2 2sin A sin B sin C 2 2 cosA.cosB.cosC+ + = + Ví dụ 2: Cho tam giác ABC. Chứng minh các đẳng thức sau: a) (tgA tgB tgC tgA.tgB.tgC+ + = ΔABC không vuông) b) A B B C C Atg .tg tg .tg tg .tg 1 2 2 2 2 2 2 + + = Dạng 2: CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC LƯỢNG GIÁC TRONG TAM GIÁC I. Bất đẳng thức trong tam giác : Nếu a, b, c là ba cạnh của một tam giác thì : • a > 0, b > 0, c > 0 • b c a b c− < < + • c a b c a− < < + • a b c a b− < < + • a b c A B C> > ⇔ > > II. Các bất đẳng thức cơ bản : 1. Bất đẳng thức Cauchy: 49 Cho hai số không âm a; b ta có : 2 a b ab+ ≥ Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi a=b Tổng quát : Cho n số không âm a1,a2,...an ta có : 1 2 1 2 ... . ...n n n a a a a a a n + + + ≥ Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi a1 = a2 =...= an 2 . Bất đẳng thức Bunhiacốpski : Cho bốn số thực a,b,x,y ta có : 2 2 2 2 2( ) ( )( )ax by a b x y+ ≤ + + Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi ay = bx Tổng quát : Cho hai bộ số ( , và ta có : 1 2 ,... )na a a 1 2( , ,..., )nb b b 2 2 2 2 2 2 21 1 2 2 1 2 1 2( ... ) ( ... )( ... )n n n na b a b a b a a a b b b+ + + ≤ + + + + + + Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi 1 2 1 2 ... n n aa a b b b = = = với quy ước rằng nếu mẫu bằng 0 thì tử cũng bằng 3) Bất đẳng thức cơ bản: 1 1 1 1( ) 4 ≤ ++x y x y a) Cho hai số dương x, y ta luôn có: Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi x = y b) Với mọi số thực x, y ta luôn có: xyyx 222 ≥+ Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi x = y III. Bất đẳng thức JENSEN : 1) Nếu hàm số y=f(x) có đạo hàm cấp hai f''(x) < 0 );( bax∈∀ (f là hàm lồi) thì Với mọi ta có: );(,...,, 21 baxxx n ∈ ) ... ( )(...)()( 2121 n xxx f n xfxfxf nn ++≤+++ )2( ≥n Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi nxxx === ...21 2) Nếu hàm số y=f(x) có đạo hàm cấp hai f''(x) > 0 );( bax∈∀ (f là hàm lõm) thì Với mọi ta có: );(,...,, 21 baxxx n ∈ 50 ) ... ( )(...)()( 2121 n xxx f n xfxfxf nn ++≥+++ )2( ≥n Dấu "=" xãy ra khi và chỉ khi nxxx === ...21 Để chứng minh đẳng thức lượng giác A, ≥≤, ) ta có thể thực hiện theo một trong các phương pháp sau: Phương pháp 1: Biến đổi bất đẳng thức cần chứng minh đến đến một bất đẳng thức hiển nhiên đúng Phương pháp 2: Sử dụng các bất đẳng thức cơ bản đã biết (Cô si, BCS,...) để suy ra bất đẳng thức cần chứng minh VÍ DỤ MINH HỌA: Ví dụ 1: Cho tam giác ABC. Chứng minh rằng: 8 1 2 sin. 2 sin. 2 sin ≤CBA Ví dụ 2: Cho tam giác ABC. Chứng minh rằng: a) 2 33 2 cos 2 cos 2 cos ≤++ CBA b) 2 33sinsinsin ≤++ CBA c) 3 222 ≥++ CtgBtgAtg Ví dụ 3: Cho tam giác ABC. Chứng minh rằng: a) 8 33 2 cos. 2 cos. 2 cos ≤CBA b) 33≥++ tgCtgBtgA c) 33 1 2 . 2 . 2 ≤CtgBtgAtg Dạng 3: NHẬN DẠNG TAM GIÁC KIỂU ĐỀ TOÁN 1: ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ ⎪⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ Δ⇒⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ biệt....đặc góc có giác tamlà đều giác tamlà cân giác tamlà cân vuông giác tamlà vuông giác tamlà ABC trước" cho kiệnĐiều" mãn thỏa ABC giác tam Cho THÌ KIỂU ĐỀ TOÁN 2: ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ ⎪⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ Δ⇔⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ biệt....đặc góc có giác tamlà đều giác tamlà cân giác tamlà cân vuông giác tamlà vuông giác tamlà ABC trước" cho kiệnĐiều" mãn thỏa ABC giác tam Cho VÀ ĐỦ CẦN 51 "Điều kiện cho trước" có thể là: • Đẳng thức lượng giác về góc • Đẳng thức lượng giác + độ dài (cạnh, trung tuyến, phân giác,...) • Đẳng thức độ dài • Hệ đẳng thức 1) Nhận dạng tam giác vuông Phương pháp: Sử dụng các phép biến đổi tương đương hoặc hệ quả để biến đổi "Điều kiện cho trước" đến một đẳng thức mà từ đó ta dể dàng kết luận được tính chất của tam giác 2) Nhận dạng tam giác cân Phương pháp: Sử dụng các phép biến đổi tương đương hoặc hệ quả để biến đổi "Điều kiện cho trước" đến một đẳng thức mà từ đó ta dể dàng kết luận được tính chất của tam giác 3) Nhận dạng tam giác đều Ngoài phương pháp đã nêu trên ta có thể giải quyết bài toán theo cách sau Phương pháp sử dụng bất đẳng thức: Gồm 2 bước (áp dụng khi "Điều kiện cho trước" có dạng đẳng thức A = B Bước 1: CM bất đẳng thức BA ≥ hoặc BA ≤ (1) Bước 2: Lập luận để đẳng thức ở (1) xãy ra mà khi đẳng thức (1) xảy ra thì tam giác ABC đều VÍ DỤ MINH HỌA: Ví dụ 1: Tam giác ABC có tgA AB BA =+ + cossin cossin . Chứng minh rằng ΔABC vuông Ví dụ 2: Chứng minh rằng nếu thỏa mãn điều kiện ABCΔ 012cos2cos2cos =+++ CBA thì tam giác đó là tam giác vuông Ví dụ 3: Chứng minh rằng nếu tam giác ABC thoả mãn một trong các điều kiện sau là tam giác cân 1) CtgA tgB 2.cot g 2 + = 2) sin A sin B sin C A Ccot g .cot g sin A sin B sin C 2 2 + + =+ − Ví dụ 4: Chứng minh rằng nếu tam giác ABC thoả mãn một trong các điều kiện sau là tam giác đều 2) A B Ccos cos cos 2 2 2 3 1 cosA 1 cosB 1 cosC + + =+ + + 52 1) 1cosA.cosB.cosC 8 = 3) A BcosA cosB cosC sin sin sin 2 2 + + = + + C 2 4) 1 1 1 1 1 1 A BcosA cosB cosC sin sin sin 2 2 + + = + + C 2 Ví dụ 5: Xác định dạng của tam giác ABC biết: 1) Ca b tg (a.tgA b.tgB) 2 + = + 2) b c a cosB cosC sin B.sin C + = 3) b ccosB cosC a ++ = 4) a.cosA b.cosB c.cosC 1 a b c 2 + + =+ + Ví dụ 6: Hãy tính các góc của tam giác ABC nếu trong tam giác đó ta có : 2 2 2 9sin A sin B sin C 3cosC cos C 4 + + = + + 2 Ví dụ 7: Tính các góc của tam giác ABC biết rằng ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ −= ≤− 8 332 2 sin 2 sin 2 sin )(4 CBA bcapp trong đó BC = a, AB = c, 2 cbap ++= --------------------------------Hết--------------------------- 53