CHUN ĐỀ TÍNH DIỆN TÍCH TAM GIÁC, DIỆN TÍCH TỨ GIÁC
NHỜ SỬ DỤNG CÁC TỈ SỐ LƯỢNG GIÁC
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ
.Ta đã biết cách tính diện tích tam giác theo một cơng thức rất quen thuộc là S
1
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 vng để xây dựng thêm các
cơng 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 vng tại H có CH AC.sin
Diện tích ABC là S
1
1
AB.CH . Do dó S AB. AC.sin .
2
2
Lưu ý: Nếu 900 , ta có ngay S
1
AB. AC
2
Như vậy sin 900 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 cơng 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 OA sin ;
CK OC sin và OA OC AC.
1. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Diện tích tứ giác ABCD là:
1
1
BD. AH BD.CK
2
2
1
1
BD( AH CK ) BD(OAsin OC sin )
2
2
1
1
1
BD sin (OA OC ) AC.BD sin mn sin
2
2
2
S S ABD SCBD
Lưu ý:
• Nếu AC BD ta có ngay S
1
1
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
khơng 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 7cm.
Giải
Theo định lí cơsin ta có: a 2 b 2 c 2 2bc cos A.
Do đó 4 2
2
Suy ra cos A
52 7 2 2.5.7.cos A
3
9 4
sin A 1 cos 2 A 1
5
25 5
1
1
4
Vậy diện tích tam giác ABC là: S bc sin A .5.7. 14 cm 2
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
cơsin 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 12cm. 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:
S
1
1
2
2
AC.BD.sin 45 AC.BD.
. AC.BD
2
2
2
4
2
AC BD
Theo bất đẳng thức Cơ‐si, ta có: AC.BD
2
2. TỐN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
2
2 AC BD
2 2
Do đó S
.6 9 2 cm 2
4
2
4
Vậy max S 9 2cm2 khi AC BD 6cm.
A 60. Vẽ đường phân giác AD.
Ví dụ 5. Cho tam giác ABC ,
Chứng minh rằng:
1
1
3
AB AC AD
Giải
Ta có
S ABD
1
1
1
AB. AD.sin 300 AB. AD.
2
2
2
S ACD
1
1
1
AC. AD. sin 30 AC. AD. .
2
2
2
S ABC
1
1
3
AB. AC .sin 60 AB. AC.
2
2
2
Mặt khác S ABD S ACD S ABC nên
1
1 1
1 1
3
AB. AD. AC . AD. AB. AC.
2
2 2
2 2
2
Do đó AD AB AC AB. AC 3
Suy ra
AB AC
3
1
1
3
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 7cm 2
Giải
C
, khi đó A 60 và sin A 3
A B
Giả sử
2
Diện tích tam giác ABC là:
S
1
1
3
AB. AC.sin A .4.4.
4 3 6,92... 7 cm 2 .
2
2
2
Nhận xét: Do vai trị các góc A, B, C của tam giác ABC là như nhau nên ta có thể giả sử
A B
C
, từ đó suy ra A 60, dẫn tới sin A 3
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.
0 45 . Chứng minh rằng diện tích
Bài 2. Cho hình chữ nhật ABCD, AC a và BAC
của hình chữ nhật ABCD là S
1 2
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
S
OA
OB
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
minh rằng S
b2 c2 a 2
. Áp dụng với a 39, b 40, c 41 và
A 45. Tính S.
4 cot 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 8cm. 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 5cm. Lấy điểm O nằm giữa A và B sao cho OA 2cm. Trên một nửa
mặt phẳng bờ AB vẽ các tia Ax, By cùng vng góc với AB. Một góc vng 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;
60. Tính diện tích AHK và tứ giác AKCH.
b) Cho AB a, BC b và B
• Chứng minh các hệ thức
A 60. Đường phân giác ngồi tại đỉnh A cắt đường thẳng
Bài 9. Cho tam giác ABC ( AB AC ),
1
1
1
BC tại N. Chứng minh rằng:
AB AC AN
Bài 10. Cho tam giác ABC vng 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:
a)
1
1
2
AM AN AB
b)
4. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
1
1
2
AM AN AC
A 900. Vẽ đường phân giác AD. Chứng minh rằng:
Bài 11. Cho tam giác ABC ,
1
1
AB AC
2 cos
AD
2
Bài 12. Cho góc xOy có số đo bằng 30. Trên tia phân giác của góc đó lấy điểm A sao cho OA a .
Qua A vẽ một đường thẳng cắt Ox và Oy theo thứ tự tại B và C.
Tính giá trị của tổng
1
1
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, 6cm; BC 5, 5cm và có diện tích là 9, 69cm 2 . Tính số đo
góc B (làm trịn đến độ).
90. Biết AB 4cm, BC 3cm và diện tích của hình bình
Bài 15. Cho hình bình hành ABCD, B
hành là 6 3cm 2 . Tính số đo các góc của hình bình hành.
A 90. Trên hai cạnh AB và AC lần lượt
Bài 16. Cho tam giác ABC có diện tích S 50cm2 ,
1
lấy các điểm D và E sao cho ADE nhọn, có diện tích là S1 S . Chứng minh rằng
2
DE 10 tan
2
cm
A 72. Tính
Bài 17. Cho tam giác ABC, đường phân giác AD. Biết AB 4, 7cm, AC 5,3cm và
độ dài AD (làm trịn đến hàng phần mười).
A 120. Vẽ đường phân giác AD. Tính độ dài
Bài 18. Cho tam giác ABC , AB 6cm, AC 12cm,
AD.
Bài 19. Cho tam giác ABC , AB 5cm, BC 7 cm, CA 8cm. Vẽ đường phân giác AD. Tính độ dài
AD.
Bài 20. Cho tam giác ABC, đường phân giác AD. Biết
1
1
1
, tính số đo góc BAC.
AB AC AD
HƯỚNG DẪN
90.
Bài 1. Xét hình bình hành ABCD, D
Vẽ đường cao AH.
Xét tam giác ADH vng tại H, ta có:
AH AD.sin
5. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Diện tích hình bình hành ABCD là:
S CD. AH CD. AD.sin .
Vậy S AD.DC.sin .
Bài 2. Xét ABC vng tại B có
AB AC cos a cos ; BC AC sin a sin
Diện tích hình chữ nhật ABCD là:
S AB.BC a cos . a sin a 2 sin cos
1 2
1
a .2 sin cos a 2 sin 2
2
2
1
1
Bài 3. Tacó S AOB OA.OB sin ; SCOD OC .OD sin .
2
2
1
OA.OB sin
S AOB
OA OB
Do đó
.
2
m.n
SCOD 1 OC.OD sin OC OD
2
Bài 4. Vì ABC nhọn nên theo định lí cơsin ta có a 2 b 2 c 2 2bc cos A
cos A
b2 c2 a2
2bc
Ta có cot A
cos A b 2 c 2 a 2 b 2 c 2 a 2
1
(vì S bc sin A)
2
sin A
2bc sin A
4S
b2 c2 a 2
.
Do đó S
4 cot A
Áp dụng: Với a 39, b 40, c 41 và
A 45 ta có:
S
402 412 392
440 (đvdt)
4 cot 450
Bài 5. Ta đặt diện tích tam giác AOB là S.
1
1
Ta có S OA.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
Do đó S
2
.16 4 2 cm 2 khi OA OB 4cm
4
Vậy max S 4 2cm2
Bài 6. Tacó AM
1
3
AB BM AB;
4
4
1
2
BN BC CN BC ;
3
3
1
1
CP CA AP CA.
2
2
Ta đặt S AMP S1 ; S BMN S 2 ; SCNP S3 và S ABC S
Khi đó:
S1
1
1 1
1
1 1
1
AM . AP sin A . AB. AC.sin A . AB. AC.sin A S
2
2 4
2
8 2
8
S2
1
1 3
1
1 1
1
BM .BN sin B . AB. BC.sin B . BA.BC.sin B S
2
2 4
3
4 2
4
1
1 2
1
1 1
1
S3 CN .CP sin C . CB. .CA.sin C . CB.CA.sin C S
2
2 3
2
3 2
3
17
17
7
1 1 1
Vậy S1 S 2 S3 S
S
S . Do đó S MNP S S
24
24
24
8 4 3
S MNP
7
8
1
S
S S.
24
24
3
Cách giải khác: (khơng dùng tỉ số lượng giác) (h.5.10)
Vẽ đoạn thẳng AN. Xét các tam giác NMB và NAB có BM
đỉnh N nên S 2
3
S NAB . 1
4
1
Xét các tam giác ABN và ABC có BN BC nên
3
1
S ABN S 2
3
3 1
1
Từ (1) và (2) suy ra S 2 . S S
4 3
4
1
1
Chứng minh tương tự ta được S3 S ; S1 S
3
8
7. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
3
AB và chung chiều cao vẽ từ 4
4
7
8
1
1 1 1
Do đó S MNP S S
S
S S
24
24
3
8 4 3
).
(cùng phụ với BOE
AOD BEO
Bài 7. Ta có
Ta đặt
AOD thì BEO
Xét AOD vng tại O, ta có: OD
Xét BEO vng tại B, ta có: OE
OA
2
cos cos
OB
3
sin sin
Diện tích tam giác DOE là:
1
1 2
3
6
S OD.OE .
.
*
2
2 cos sin 2 sin cos
Áp dụng bất đẳng thức x 2 y 2 2 xy ta được:
sin 2 cos 2 2 sin cos hay 1 2sin cos
Thay vào (*) ta đươc: S
6
2 sin cos
6
1
(dấu “=” xảy ra khi sin cos 45)
Vậy min S 6cm 2 khi 45
Nhận xét: Việc đặt
AOD giúp ta tính được các cạnh góc vng 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.
K
90;
• ADH và ABK có: H
B
(hai góc đối của hình bình hành).
D
Do đó ADH ∽ ABK (g.g).
Suy ra
AD AH
AB AK
Do đó
AK AH AH
(vì AD BC )
AB AD BC
);
B
(cùng phụ với BAK
• KAH và ABC có KAH
AK AH
.
AB BC
Do đó KAH ∽ ABC (c.g.c).
8. TỐN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Suy ra
KH AK
AC AB
AK
AB
Xét ABK vng tại K có sin B
Vậy
KH
sin B hay KH AC.sin B
AC
b) Diện tích tam giác ABC là S
1
1
ab 3
(đvdt).
AB.BC .sin B ab.sin 60
2
2
4
2
Vì S KAH ∽ S ABC nên
Suy ra S KAH
S KAH AK
3
2
sin B
S ABC AB
4
3
3 ab 3 3 3ab
(đvdt)
S ABC
4
4 4
16
Ta có S ABCD ab sin 60
ab 3
(dvdt)
2
S ABK
1
1
BA.BK .sin 60 .BA. BA cos 60 .sin 60
2
2
1
1 3 a2 3
(đvdt)
a.a. .
2
2 2
8
S ADH
1
1
DA.DH .sin 60 .DA. DA cos 60 .sin 60
2
2
1 1 3 b2 3
b 2 . .
(đvdt)
2 2 2
8
Mặt khác S AKCH S ABCD S ABK S ADH
Nên S AKCH
ab 3 a 2 3 b 2 3
3
4ab a 2 b 2 (đvdt)
2
8
8
8
NAB
1800 600 : 2 600
Bài 9. Ta có NAx
1
AN . AC.sin 60
2
1
S ANB AN . AB.sin 60
2
1
S ABC AB. AC.sin 60
2
S ANC
Vì S ANC S ANB S ABC
9. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
nên
1
1
1
AN . AC.sin 60 AN . AB.sin 60 AB. AC.sin 60
2
2
2
Do đó AN AC AB AB. AC
Suy ra
AC AB
1
1
1
1
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 .
S ABM
1
1
2
;
AB. AM .sin 450 AB. AM .
2
2
2
S ABN
1
1
2
;
AB. AN .sin 450 AB. AN .
2
2
2
S AMN
1
AM . AN (vì AMN vng tại A).
2
Mặt khác, S ABM S ABN S AMN nên:
1
2 1
2 1
AB. AM .
AB. AN .
AM . AN
2
2 2
2
2
2
AM . AN .
2
Do đó AB AM AN .
AM AN
AM . AN
1
AB.
2
2
hay
1
1
2
;
+
AM AN AB
b) Góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng AN, AC là 45.
Ta có S ANC
1
1
2
AC. AN .sin 45 AC . AN .
;
2
2
2
S AMC
1
1
2
AC . AM .sin 45 AC. AM .
;
2
2
2
S AMN
1
AM . AN (vì AMN vng tại A).
2
Mặt khác, S ANC S AMC S AMN nên
2
AM . AN
2
Do đó AC AN AM .
Suy ra
AN AM
AM . AN
1
2 1
2 1
AC. AN .
AC. AM .
AM . AN .
2
2 2
2
2
1
AC.
2
2
hay
1
1
2
AM AN AC
10. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
Bài 11.
• Trường hợp góc A nhọn
A
Ra đặt
Ta có S ABD
S ACD
1
AB. AD.sin
2
2
1
1
AC . AD.sin ; S ABC AB. AC.sin
2
2
2
Mặt khác, S ABD S ACD S ABC nên
1
1
1
AB. AD.sin AC. AD.sin AB. AC.sin
2
2 2
2 2
Suy ra AB. AD.sin
(vì sin 2 sin
2
AC. AD.sin
2
AB. AC.2.sin
2
cos
2
cos )
2
2
Do đó AD AB AC AB. AC.2.cos
AB AC
Suy ra
AB. AC
2.cos
2
2 dẫn tới 1 1
AD
AB AC
2.cos
AD
2
• Trường hợp góc A tù
thì BAx
180 .
Ta đặt BAC
là góc nhọn.
Khi đó BAx
Ta có S ABD S ACD S ABC
Do đó
1
1
1
AB. AD.sin AC . AD.sin AB. AC.sin 180
2
2 2
2 2
1
180
180 1
AB. AC.2.sin 90 cos 90
cos
AB. AC.2.sin
2
2
2
2
2
2
1
AB. AC.2.cos sin
2
2
2
Suy ra AD AB AC AB. AC.2.cos
AB AC
Do đó
AB. AC
2.cos
2
2 hay 1 1
AB AC
AD
2.cos
AD
11. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
2
A 90 thì ta chứng minh được
Nhận xét: Nếu
1
1
2
, vẫn phù hợp với kết luận của
AB AC AD
bài tốn.
Bài 12.
1
Ta có S AOB OA.OB.sin150
2
S AOC
1
OA.OC .sin150
2
1
S BOC OB.OC.sin 300
2
Mặt khác, S AOB S AOC S BOC
1
1
1
nên OA.OB.sin15 OA.OC .sin15 OB.OC .2 sin15 cos15
2
2
2
Do đó OA OB OC 2OB.OC cos15.
Suy ra
2
1
1
OB OC
2 cos15
hay
OB OC
OB.OC
OA
6 2
a.4
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.
AOD là góc ngồi nên
Xét OCD có
C
D
AOD
2
1
C
D
Mặt khác D
ADC . Suy ra C
2
1
1
1
Ta có S ADO
1
1
; S
m. y sin D
n.x sin C
1
DCO
1
2
2
Mặt khác S ADO S DCO nên m. y n.x.
Do đó
x m
2x m
AC AD
hay
BD DC
y n
2y n
Bài 14. Ta có S
sin B
1
AB.BC sin B
2
2S
2.9, 69
sin 500
AB.BC 4, 6.5,5
12. TOÁN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
6 2
2a
50.
Vậy B
Bài 15. Ta có S AB. AC.sin B
sin B
S
6 3
3
sin 60
AB.BC 4.3
2
60 D
60; A C
120.
Vậy B
Bài 16. Ta đặt AD x, AE y.
Khi đó diện tích ADE là S1
1
x. y sin ;
2
S1
1
S 25cm 2
2
Ta có DE 2 x 2 y 2 2 xy cos
Mặt khác x 2 y 2 2 xy (dấu “=” xảy ra khi x y ).
Do đó DE 2 2 xy 2 xy cos 2 xy 1 cos
2
2 xy sin 1 cos 4S1 1 cos 100.2sin 2
100 tan
sin
sin
2
2sin cos
2
2
Vậy DE 100 tan
2
10 tan
1
A
Bài 17. Ta có
AB AC
2 cos
2
AD
2 (bài 5.11)
1
1
2 cos 360
10
2 cos 360
Do đó
4, 7 5,3
AD
4, 7.5,3
AD
Suy ra AD
4, 7.5,3.2.cos 360
4, 0 cm
10
1
A
Bài 18. Ta có
AB AC
2 cos
AD
2
13. TỐN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com
1 1 2 cos 600
1
1
AD 4 cm
Do đó
6 12
AD
4 AD
Bài 19. Vì cạnh CA là cạnh lớn nhất nên góc B là góc lớn nhất trong
ABC.
Ta thấy AC 2 AB 2 BC 2 (vì 82 52 7 2 ) nên góc B là góc nhọn, do
dó ABC là tam giác nhọn.
Theo định lí cơsin ta có:
BC 2 AB 2 AC 2 2bc cos A 7 2 52 82 2.5.8 cos A
Do đó cos A
Ta có:
1
A 600
2
1
A
2 cos 300
AB AC
AD
3
2.
1 1
2 13 3 AD 40 3 cm
5 8
AD
40 AD
13
. Ta có 1 1
Bài 20. Ta đặt BAC
AB AC
Mặt khác
AD
2
1
1
1
AB AC AD
2 cos
2 1 . Do đó 2 cos 1 cos 1 cos 600
AD
AD
2
2 2
Suy ra
Do đó
2 cos
2
cos 600 1200
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐Tốn Học Sơ Đồ‐‐‐‐‐‐‐‐‐
14. TỐN HỌC SƠ ĐỒ ‐ THCS.TOANMATH.com