Bài giảng Hình vuông

HÌNH VUÔNG
LẤY CÁC ĐIỂM TRÊN CẠNH HÌNH VUÔNG
1/ Trên cạnh BC của hình vuông ABCD lấy một điểm M tùy ý . Từ ø M kẻ một đường thẳng cắt cạnh CD tại K sao cho góc AMB = góc AMK . Tính góc MAK . 
HƯỚNG DẪN 
 A	 B
	 M
	H
 C K	 D
	Hạ AH ^ MK . Ta có MH = MB ( Vì M Ỵ tia phân giác của góc BAM )
	Þ AH = AB = AC Þ D ABM = D AHM ; D AHK = D ACK Þ CAK = HAK ; BAM = HAM 
Þ KAM = ½ BAC = 450
2/ Cho hình vuông ABCD có cạnh bằng 1 . Trên các cạnh AB , AD lần lượt lấy các điểm P , Q sao cho D APQ có chu vi bằng 2 . 
	a/ Chứng minh : PB + QD = PQ .
	b/ Chứng minh : PCQ = 450 
3/ Cho M , N là trung điểm các cạnh AB , BC của hình vuông ABCD . Gọi P là giao điểm của DN và CM . Chứng minh PA bằng cạnh hình vuông . 
4/ Từ đỉnh A của hình vuông ABCD ta vẽ hai tia Ax , Ay đi qua miền trong của hình vuông đó . Giả sử các điểm M , K là hình chiếu của B , D lên Ax ; L , N là hình chiếu của B , D lên Ay . Chứng minh rằng các đoạn thẳng KL , MN vuông góc với nhau và bằng nhau .
5/ Cho hình vuông ABCD . Trên các cạnh AB , BC , CD , DA lấy lần lượt 4 điểm tùy ý M , N ,P , Q . Nối MP . Hạ NE vuông góc với MP . Chứng minh rằng nếu NE = MP thì E thuộc đường thẳng AD . 
E
P
N
E1
HƯỚNG DẪN 
 A	 D
 M
 P1
 B	 C	
	Hạ EE1 ^ BC ; PP1 ^ AB Þ D EE1N = D PP1M
	Þ EE1 ^ PP1
	Þ EE1 = AB Þ E nằm trên AD .
6/ Qua đỉnh A của hình vuông ABCD cạnh m ta kẻ một đường thẳng bất kỳ cắt BC tại P và DC kéo dài tại Q . Chứng minh : .
	HƯỚNG DẪN
 D	 C	 Q 	
	 m-n	
 m	 P
	 n
 A	 	 B
	Đặt BP = n thì PC = m – n .
	DABP ~ D QCP Þ 
Þ 	
Cách 2 : Dùng tính chất hình thang . Vẽ QK // AD 
 Ta có : mà Þ QK = CQ 
	Aùp dụng tính chất hình thang : 
.
8/ Cho hình vuông ABCD . Trên các cạnh AB , BC , CD , DA ta lấy theo thứ tự các điểm E , F , G , H sao cho AE = BF = CG = DH . Xác định vị trí của các điểm E , F , G , H sao cho tứ giác EFGH có chu vi nhỏ nhất .
9/ Cho hình vuông ABCD . Gọi E là một điểm di động trên cạnh CD ( E không trùng với C và D ) . Đường thẳng AE cắt đường thẳng BC tại F . Đường thẳng AE cắt đường thẳng BC tại F . Đường thẳng vuông góc với AE tại A cắt đường thẳng CD tại K . 
	a/ So sánh hai tam giác ABF và ADK .
	b/ Gọi I là trung điểm của FK . Chứng minh điểm I di động trên một đường thẳng cố định khi E di động trên CD .
	c/ Chứng minh rằng EK ³ 2AB . ( Đề thi học sinh giỏi cấp huyện năm 2003 – 2004 )
HƯỚNG DẪN
	A	 B
 K	 D x E C
	 I
	 F
a/ BAE = DAK Þ D ABF = D ADK ( g.c.g )
b/ IA = IC = ½ KF Þ I nằm trên đường trung trực của AC hay I nằm trên đường thẳng BD .
c/ Đặt DE = x . Trong tam giác vuông AEK ta có : DA2 = DE.DK Þ DK2 = 
 Ta có : EK = ED + DK = x + . Aùp dụng bất đẳng thức Côsi cho hai số không âm x và 
ta được : EK ³ 2 = 2a Þ EK ³ 2AB .
15/ Cho hình vuông ABCD . Lấy M trên cạnh BC . Đường thẳng AM cắt đường thẳng CD tại P . Đường thẳng EF vuông góc với AM trong đó E , F tương ứng nằm trên AB , CD . Đường phân giác của góc DAM cắt CD tại K . Chứng minh rằng : 
	a/ EF = BM + DK 
A
B
C
P
D
N
F
K
M
E
	b/ 
HƯỚNG DẪN
	Kẻ AN ^ AM cắt đường thẳng CD tại N . Tứ giác ANFE là hình bình hành nên EF = AN (1) . Ta có : DAN = BAM ; AD = AB ; AND = ABM = 900 Þ D AND = D ABM Þ BM = ND ; AN = AM (2) .
	Mặt khác có NAK = KAD + DAN = KAM + BAM = KAB = AKN nên NA = NK (3)
Kết hợp (1) , (2) , (3) ta có : EF = AN = NK = ND + DK = BM + DK .
b/ Xét tam giác vuông NAP có đường cao AD ta có : 
Từ đó và (2) suy ra 
Nhận xét : Điều mấu chốt trong cách giải trên là vẽ thêm D AND để có D AND = D ABM . Nếu thay điều kiện ABCD từ hình vuông trở thành hình chữ nhật thì trong lời giải sẽ có D AND ~ D ABM 
Þ ( t > 0 ) . Lúc đó ta có : 
	a/ EF = AN = NK = ND + DK = t.BM + DK .
	b/ Þ 
Từ đó ta có bài toán tổng quát hơn như sau :
	Cho hình chữ nhật ABCD ( với AD = t.AB ( t > 0 ) . Lấy M trên cạnh BC . Đường thẳng AM cắt đường thẳng CD tại P . Đường thẳng EF vuông góc với AM trong đó E , F tương ứng nằm trên AB , CD . Đường phân giác của góc DAM cắt CD tại K . Chứng minh rằng : 
	a/ EF = t.BM + DK 
	b/ 
HƯỚNG DẪN ( Theo nhận xét trên ) 
E
B
A
M
K
P
C
F
D
N
QUĨ TÍCH 
1/ Cho hình vuông ABCD tâm O . Vẽ đường thẳng ( d ) quay quanh O cắt hai cạnh AD và BC tại E và F ( E , F không trùng với các đỉnh của hình vuông ). Từ E , F lần lượt vẽ các đường thẳng song song với DB , AC cắt nhau tại I .
	a/ Tìm tập hợp các điểm I .
F
A
B
C
D
H
I
O
E
	b/ Từ I vẽ đường vuông góc với EF tại H . Chứng minh rằng H thuộc về một đường cố định và đường thẳng IH đi qua một điểm cố định .
HƯỚNG DẪN
a/ Phần thuận : Qua E vẽ đường thẳng song song với OB cắt AB tại I Þ D AEI vuông cân Þ AE = AI 
Xét D OAE và D OCF có : EAO = FCO = 450 ; OA = OC ( gt ) ; AOE = COF ( đ đ )
	Þ D OAE = D OCF ( g .c . g ) Þ AE = CF .
	Þ ED = BF ; AI = CF do đó : BI = BF .
	D ABC có : Þ IF // AC Þ I thuộc đường thẳng AB .
	Giới hạn : 
	+ Khi d 	AC thì E	 A ; F	 C ; I	 B
	+ Khi d 	BD thì E	 D ; F	 B ; I	 A
Vậy I chuyển động trên đoạn thẳng AB trừ A và B .
 Phần đảo : Lấy I bất kỳ trên đường thẳng AB ( I không trùng với A và B ) . Gọi E , F là điểm đối xứng của I qua AC , BD . 
	OA , OB là hai tia phân giác của hai góc kề EOI và IOF Þ AOB = ½ EOF . Mà AOB = 900 do đó EOF = 1800 Þ E , O , F thẳng hàng .
Kết luận : Tập hợp các điểm I là cạnh AB của hình vuông ABCD ( trừ hai điểm A và B ) 
b/ Tứ giác EAIH nội tiếp Þ AHI = AEI = 450 . Tứ giác IBFH nội tiếp Þ IHB = IFB = 450 . 
	Do đó : AHB = AHI + IHB = 450 + 450 = 900 . AB cố định . Vậy H thuộc đường tròn cố định đường kính AB .
	Gọi J là giao điểm của HI và đường tròn đường kính AB ( J không trùng với H ) .
	AHI = IHB = 450 Þ cung AJ = cung JB Þ J là điểm chính giữa của cung AB nên J cố định .
	Vậy đường thẳng HI đi qua điểm cố định J .
LẤY ĐIỂM TRÊN ĐƯỜNG CHÉO
1/ Cho hình vuông ABCD . M thuộc BD . E và F là hình chiếu của M trên AB và AD . Chứng minh BF , CM , DE đồng qui . 
2/ Cho hình vuông ABCD , M là một điểm trên đường chéo AC . Hạ MH ^ AD , MK ^ DC .
a/Chứng minh : BH ^ AK , BK ^ CH , BM ^ HK , BM = HK . Suy ra AK , BM , CH đồng qui .
b/BM cắt AD tại N , cắt DC tại P . Chứng minh : 
c/ Tìm vị trí của M trên AC sao cho MHDK có diện tích lớn nhất . Tính giá trị lớn nhất đó .
3/ Cho hình vuông ABCD cóùù AB = a cóùá định . M là một điểm di động trên đường chéo AC . Hạ MF vuông góc với BC , ME vuông góc với AB . Xác định vị trí của M trên AC sao cho diện tích D DEF nhỏ nhất . Tính giá trị nhỏ nhất đó . 
4/ Cho hình vuông ABCD . Hãy xác định đường thẳng đi qua tâm hình vuông sao cho tổng các khoảng cách từ 4 đỉnh của hình vuông đến đường thẳng đó là :
	a/ Lớn nhất .
	b/ Nhỏ nhất .
VẼ HÌNH VUÔNG VỀ PHÍA NGOÀI HÌNH BÌNH HÀNH .
1/ Về phía ngoài 2 cạnh DC và CB của hình bình hành ABCD ta dựng hai hình vuông DCTU và BCSR . Chứng minh rằng AC = ST và AC ^ ST .
HÌNH VUÔNG NỘI TIẾP TAM GIÁC
1/ Trong tam giác vuông ABC vuông tại C . Hình vuông PQRS nội tiếp trong tam giác . ( P, Q Ỵ AB , S Ỵ AC ) . Giả sử AB = c và đường cao hạ từ C xuống cạnh AB là h , . Tính độ dài cạnh hình vuông .
HƯỚNG DẪN 
R
S
T
	 C
Q
P
H
B
A
Vẽ đường cao C H = h , SP = x . Nếu đường cao đó cắt SR tại T thì CT = h – x . Các tam giác SRC và ABC đồng dạng . Khi đó : 
	Suy ra 	 	 ;	 
Þ 	
BÀI TOÁN SUY LUẬN
1/ Trong hình vuông cạnh bằng 1 cho 5 điểm bất kỳ . Chứng minh rằng trong các điểm đã cho có thể tìm được hai điểm sao cho khoảng cách giữa chúng không lớn hơn .
HƯỚNG DẪN
a/	Chia hình vuông cạnh 1 thành 4 hình vuông cạnh ½ . Có 5 điểm 
	nằm trong 4 hình vuông nên ít nhất cũng có 1 hình vuông nhỏ chứa
	2 trong 5 điểm đã cho . Hai điểm này nằm trong đường tròn có đường
kính là đường chéo của hình vuông nhỏ chức nó nên khoảng cách giữa chúng không vượt quá đường kính đường tròn bằng .
2/ Trong hình vuông cạnh bằng 1 cho 33 điểm bất kỳ . Chứng minh rằng trong các điểm đã cho có thể tìm được 3 điểm lập thành tam giác có diện tích không lớn hơn .