Bài 15: Các trường hợp bằng nhau của tam giác vuông
Bài 15: Các trường hợp bằng nhau của tam giác vuông - Hai cạnh góc vuông, Cạnh góc vuông và góc nhọn kề, Cạnh huyền và góc nhọn, Cạnh huyền và cạnh góc vuông
BÀI 15: CÁC TRƯỜNG HỢP BẰNG NHAU CỦA TAM GIÁC VUÔNG
Khám phá và vận dụng thành thạo bốn trường hợp bằng nhau của tam giác vuông: Hai cạnh góc vuông (c.g.c), Cạnh góc vuông - góc nhọn kề (g.c.g), Cạnh huyền - góc nhọn và trường hợp đặc biệt Cạnh huyền - cạnh góc vuông.
- Trường hợp hai cạnh góc vuông (c.g.c)
- Trường hợp cạnh góc vuông và góc nhọn kề (g.c.g)
- Trường hợp cạnh huyền và góc nhọn
- Trường hợp đặc biệt: Cạnh huyền và cạnh góc vuông
- Nhận biết và giải thích các trường hợp bằng nhau của tam giác vuông.
- Vận dụng các trường hợp bằng nhau của tam giác vuông để chứng minh hai tam giác bằng nhau, suy ra hai đoạn thẳng hoặc hai góc bằng nhau.
- Giải quyết các bài toán thực tiễn liên quan đến tam giác vuông.
Quan sát hai chiếc cột dựng thẳng đứng, cạnh nhau và cao bằng nhau. Vì Mặt Trời ở rất xa Trái Đất, nên vào buổi chiều các tia nắng Mặt Trời tạo với hai chiếc cột các góc xem như bằng nhau.
Lí do mà bạn Tròn đưa ra như vậy có đúng không? Qua bài học này, các em sẽ có câu trả lời chính xác và đầy đủ!
BA TRƯỜNG HỢP BẰNG NHAU CỦA TAM GIÁC VUÔNG
Hai tam giác vuông $ABC$ (vuông tại đỉnh $A$) và $A'B'C'$ (vuông tại đỉnh $A'$) có các cặp cạnh góc vuông bằng nhau: $AB = A'B', AC = A'C'$ (Hình 4.45). Dựa vào trường hợp bằng nhau cạnh - góc - cạnh của hai tam giác, hãy giải thích vì sao hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ bằng nhau.
Xem lời giải chi tiết HĐ1
Xét hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ có:
- $AB = A'B'$ (theo giả thiết);
- $\widehat{A} = \widehat{A'} = 90^\circ$ (góc xen giữa hai cạnh góc vuông);
- $AC = A'C'$ (theo giả thiết).
Do đó $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ (c.g.c).
Nếu hai cạnh góc vuông của tam giác vuông này lần lượt bằng hai cạnh góc vuông của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau.
Hai tam giác vuông $ABC$ (vuông tại đỉnh $A$) và $A'B'C'$ (vuông tại đỉnh $A'$) có tương ứng một cạnh góc vuông và một góc nhọn kề với cạnh ấy bằng nhau: $AB = A'B', \widehat{B} = \widehat{B'}$ (Hình 4.46). Dựa vào trường hợp bằng nhau góc - cạnh - góc của hai tam giác, hãy giải thích vì sao hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ bằng nhau.
Xem lời giải chi tiết HĐ2
Xét hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ có:
- $\widehat{A} = \widehat{A'} = 90^\circ$;
- $AB = A'B'$ (theo giả thiết);
- $\widehat{B} = \widehat{B'}$ (theo giả thiết).
Do cạnh $AB$ nằm kề với hai góc $\widehat{A}$ và $\widehat{B}$, tương tự cạnh $A'B'$ nằm kề hai góc $\widehat{A'}$ và $\widehat{B'}$, nên theo trường hợp góc - cạnh - góc, ta có $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ (g.c.g).
Nếu một cạnh góc vuông và một góc nhọn kề cạnh ấy của tam giác vuông này bằng một cạnh góc vuông và một góc nhọn kề cạnh ấy của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau.
Quay lại tình huống mở đầu, ta thấy mỗi chiếc cột với bóng của nó tạo thành hai cạnh góc vuông của một tam giác vuông. Hai tam giác vuông này có một cặp cạnh góc vuông tương ứng bằng nhau (chiều cao hai cột bằng nhau) và hai góc ở đỉnh chiếc cột của hai tam giác vuông này cũng bằng nhau (góc tạo bởi tia nắng và chiếc cột). Vậy lí do mà bạn Tròn đưa ra có đúng không?
Xem lời giải chi tiết Luyện tập 1
Mỗi chiếc cột dựng vuông góc với mặt đất nên góc giữa chiếc cột và bóng của nó trên mặt đất là góc vuông $90^\circ$.
Hai tam giác vuông tạo bởi hai chiếc cột và bóng của chúng có:
- Một cặp cạnh góc vuông bằng nhau (hai chiếc cột cao bằng nhau);
- Góc nhọn kề cạnh góc vuông đó bằng nhau (góc tạo bởi tia nắng Mặt Trời và đỉnh chiếc cột xem như bằng nhau).
Do đó, hai tam giác vuông đó bằng nhau theo trường hợp cạnh góc vuông - góc nhọn kề. Suy ra cạnh góc vuông còn lại (độ dài bóng của chiếc cột trên mặt đất) cũng bằng nhau.
Kết luận: Lí do bạn Tròn đưa ra là chưa đầy đủ. Để bóng hai chiếc cột dài bằng nhau, ngoài điều kiện hai chiếc cột có cùng chiều cao thì cần thêm điều kiện góc tạo bởi tia nắng và chiếc cột ở hai vị trí phải bằng nhau (do Mặt Trời ở rất xa Trái Đất nên các tia nắng song song với nhau).
Hình 4.47 mô phỏng chiều dài và độ dốc của hai con dốc bởi các đoạn thẳng $BC, B'C'$ và các góc $B, B'$. Khi đó $AC, A'C'$ mô tả độ cao của hai con dốc.
a) Dựa vào trường hợp bằng nhau góc - cạnh - góc của hai tam giác, hãy giải thích vì sao hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ bằng nhau.
b) So sánh độ cao của hai con dốc.
Xem lời giải chi tiết HĐ3
a) Trong tam giác vuông $ABC$ có $\widehat{A} = 90^\circ$, ta có $\widehat{C} = 90^\circ - \widehat{B}$.
Tương tự, trong tam giác vuông $A'B'C'$ có $\widehat{A'} = 90^\circ$, ta có $\widehat{C'} = 90^\circ - \widehat{B'}$.
Vì $\widehat{B} = \widehat{B'}$ nên $\widehat{C} = \widehat{C'}$.
Xét hai tam giác vuông $ABC$ và $A'B'C'$ có:
- $\widehat{B} = \widehat{B'}$;
- $BC = B'C'$ (cạnh huyền bằng nhau);
- $\widehat{C} = \widehat{C'}$.
Suy ra $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ (g.c.g).
b) Vì $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ nên $AC = A'C'$ (hai cạnh tương ứng). Vậy độ cao của hai con dốc là bằng nhau.
Nếu cạnh huyền và một góc nhọn của tam giác vuông này bằng cạnh huyền và một góc nhọn của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau.
Chẳng hạn trong Hình 4.47, $\triangle ABC$ vuông tại $A$ và $\triangle A'B'C'$ vuông tại $A'$ có $BC = B'C', \widehat{B} = \widehat{B'}$. Khi đó $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ (cạnh huyền - góc nhọn).
Trong Hình 4.48, hãy tìm các cặp tam giác vuông bằng nhau và giải thích vì sao chúng bằng nhau.
Xem lời giải chi tiết câu hỏi ?
Có $\widehat{A} = \widehat{X} = 90^\circ$, $AC = XZ$ (1 vạch), $\widehat{C} = \widehat{Z}$ (góc nhọn kề cạnh góc vuông).
$\implies \triangle ABC = \triangle XYZ$ (cạnh góc vuông - góc nhọn kề).
Có $\widehat{D} = \widehat{G} = 90^\circ$, $EF = KH$ (cạnh huyền có 1 vạch), $\widehat{F} = \widehat{K}$ (góc nhọn).
$\implies \triangle DEF = \triangle GKH$ (cạnh huyền - góc nhọn).
Có $\widehat{M} = \widehat{R} = 90^\circ$, $MN = RT$ (1 vạch), $MP = RS$ (2 vạch).
$\implies \triangle MPN = \triangle TSR$ (hai cạnh góc vuông).
Cho Hình 4.49. Biết rằng $AB \perp BC, AD \perp CD, AC$ cắt $BD$ tại $E$ và $\widehat{BAC} = \widehat{DAC}$. Chứng minh rằng:
a) $\triangle BAC = \triangle DAC$;
b) $AC \perp BD$ tại $E$.
Xem lời giải chi tiết Ví dụ 1
a) Hai tam giác vuông $BAC$ (vuông tại $B$) và $DAC$ (vuông tại $D$) có:
- $AC$ là cạnh huyền chung;
- $\widehat{BAC} = \widehat{DAC}$ (theo giả thiết).
Vậy $\triangle BAC = \triangle DAC$ (cạnh huyền - góc nhọn).
b) Hai tam giác $BAE$ và $DAE$ có:
- $AE$ là cạnh chung;
- $\widehat{BAE} = \widehat{BAC} = \widehat{DAC} = \widehat{DAE}$ (theo giả thiết);
- $AB = AD$ (do $\triangle BAC = \triangle DAC$).
Vậy $\triangle BAE = \triangle DAE$ (c.g.c), suy ra $\widehat{BEA} = \widehat{DEA}$ (hai góc tương ứng).
Mà $\widehat{BEA} + \widehat{DEA} = 180^\circ$ (hai góc kề bù), nên $\widehat{BEA} = \widehat{DEA} = \frac{180^\circ}{2} = 90^\circ$.
Vậy $AC \perp BD$ tại $E$.
Cho $Oz$ là tia phân giác của góc $xOy$. Lấy điểm $M$ trên tia $Oz$ và hai điểm $A, B$ lần lượt trên các tia $Ox, Oy$ sao cho $MA \perp Ox, MB \perp Oy$ (Hình 4.50). Chứng minh rằng $MA = MB$.
Xem lời giải chi tiết Luyện tập 2
Xét hai tam giác vuông $OMA$ (vuông tại $A$) và $OMB$ (vuông tại $B$) có:
- $OM$ là cạnh huyền chung;
- $\widehat{AOM} = \widehat{BOM}$ (do $Oz$ là tia phân giác của góc $xOy$, $M \in Oz$).
Suy ra $\triangle OMA = \triangle OMB$ (cạnh huyền - góc nhọn).
Do đó $MA = MB$ (hai cạnh tương ứng).
TRƯỜNG HỢP BẰNG NHAU ĐẶC BIỆT CỦA TAM GIÁC VUÔNG
Vẽ tam giác vuông $ABC$ có $\widehat{A} = 90^\circ, AB = 3\text{ cm}, BC = 5\text{ cm}$ theo các bước sau:
- Dùng thước thẳng có vạch chia vẽ đoạn thẳng $AB = 3\text{ cm}$.
- Vẽ tia $Ax$ vuông góc với $AB$ và cung tròn tâm $B$ bán kính $5\text{ cm}$ như Hình 4.51. Cung tròn cắt tia $Ax$ tại điểm $C$.
- Vẽ đoạn thẳng $BC$ ta được tam giác $ABC$.
Tương tự, vẽ thêm tam giác $A'B'C'$ có $\widehat{A'} = 90^\circ, A'B' = 3\text{ cm}, B'C' = 5\text{ cm}$.
a) Dùng thước thẳng có vạch chia hoặc compa kiểm tra xem $AC$ có bằng $A'C'$ không.
b) Hai tam giác $ABC$ và $A'B'C'$ có bằng nhau không?
Xem kết quả thực hành HĐ5
a) Dùng thước thẳng đo, ta thấy $AC = A'C' = 4\text{ cm}$.
b) Hai tam giác $ABC$ và $A'B'C'$ có $AB = A'B' = 3\text{ cm}, AC = A'C' = 4\text{ cm}, BC = B'C' = 5\text{ cm}$.
Do đó $\triangle ABC = \triangle A'B'C'$ (c.c.c).
Nếu cạnh huyền và một cạnh góc vuông của tam giác vuông này bằng cạnh huyền và một cạnh góc vuông của tam giác vuông kia thì hai tam giác vuông đó bằng nhau.
Hãy chỉ ra các cặp tam giác vuông bằng nhau dưới đây (Hình 4.52):
Xem lời giải chi tiết câu hỏi ?
$\triangle ABC$ (vuông tại $A$) và $\triangle DFE$ (vuông tại $D$) có:
- Cạnh huyền $BC = FE$ (kí hiệu 2 vạch);
- Cạnh góc vuông $AB = DF$ (kí hiệu 1 vạch).
$\implies \triangle ABC = \triangle DFE$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
$\triangle GKH$ (vuông tại $G$) và $\triangle MPN$ (vuông tại $M$) có:
- Cạnh huyền $KH = PN$ (kí hiệu 2 vạch);
- Cạnh góc vuông $GH = MP$ (kí hiệu 1 vạch).
$\implies \triangle GKH = \triangle MPN$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
Cho tam giác $ABC$ vuông tại đỉnh $B$ và tam giác $ADC$ vuông tại đỉnh $D$. Biết rằng $AB = AD$, hãy chứng minh $\triangle ABC = \triangle ADC$.
Xem lời giải chi tiết Ví dụ 2
Hai tam giác vuông $ABC$ (vuông tại $B$) và $ADC$ (vuông tại $D$) có:
- $AB = AD$ (theo giả thiết);
- $AC$ là cạnh huyền chung.
Vậy $\triangle ABC = \triangle ADC$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
Cho ba điểm $A, B, C$ nằm trên đường tròn tâm $O$ và các điểm $M, N, P$ như Hình 4.54. Hãy chỉ ra ba cặp tam giác vuông bằng nhau trong hình.
Xem lời giải chi tiết Luyện tập 3
Vì $A, B, C$ thuộc đường tròn $(O)$ nên bán kính $OA = OB = OC$.
$\triangle OMB$ (vuông tại $M$) và $\triangle OMC$ (vuông tại $M$) có cạnh huyền $OB = OC$, cạnh góc vuông $OM$ chung.
$\implies \triangle OMB = \triangle OMC$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
$\triangle ONA$ (vuông tại $N$) và $\triangle ONC$ (vuông tại $N$) có cạnh huyền $OA = OC$, cạnh góc vuông $ON$ chung.
$\implies \triangle ONA = \triangle ONC$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
$\triangle OPA$ (vuông tại $P$) và $\triangle OPB$ (vuông tại $P$) có cạnh huyền $OA = OB$, cạnh góc vuông $OP$ chung.
$\implies \triangle OPA = \triangle OPB$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
Có hai chiếc thang dài như nhau được dựa vào một bức tường với cùng độ cao $BH = B'H'$ như Hình 4.55. Các góc $\widehat{BAH}$ và $\widehat{B'A'H'}$ có bằng nhau không? Vì sao?
Xem lời giải chi tiết Thử thách nhỏ
Bức tường dựng thẳng đứng vuông góc với mặt đất nên $\widehat{AHB} = \widehat{A'H'B'} = 90^\circ$.
Xét hai tam giác vuông $AHB$ và $A'H'B'$ có:
- Cạnh huyền $AB = A'B'$ (hai chiếc thang dài như nhau);
- Cạnh góc vuông $BH = B'H'$ (cùng độ cao bức tường).
Do đó $\triangle AHB = \triangle A'H'B'$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
Suy ra $\widehat{BAH} = \widehat{B'A'H'}$ (hai góc tương ứng). Vậy các góc $\widehat{BAH}$ và $\widehat{B'A'H'}$ bằng nhau.
BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Mỗi hình sau có các cặp tam giác vuông nào bằng nhau? Vì sao?
Xem lời giải chi tiết Bài 4.20
Xét hai tam giác vuông $ACB$ (vuông tại $C$) và $ACD$ (vuông tại $C$) có:
- $AC$ là cạnh góc vuông chung;
- $\widehat{BAC} = \widehat{DAC}$ (theo kí hiệu trên hình).
$\implies \triangle ACB = \triangle ACD$ (cạnh góc vuông - góc nhọn kề).
Xét hai tam giác vuông $EHG$ (vuông tại $E$) và $FGH$ (vuông tại $F$) có:
- $HG$ là cạnh huyền chung;
- $EH = FG$ (kí hiệu 1 vạch).
$\implies \triangle EHG = \triangle FGH$ (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
Xét hai tam giác vuông $QMK$ (vuông tại $M$) và $PMN$ (vuông tại $M$) có:
- $QM = PM$ (cạnh góc vuông);
- $KM = NM$ (hoặc xét theo dữ kiện hình vẽ $QK = PN$ và $\widehat{Q} = \widehat{P}$). Ở đây trên hình có góc nhọn kề bằng nhau và cạnh huyền có vạch dóng, ta có: $\triangle QMK = \triangle PMN$ (cạnh huyền - góc nhọn).
Xét hai tam giác vuông $VST$ (vuông tại $S$) và $UTS$ (vuông tại $T$) có:
- $ST$ là cạnh góc vuông chung;
- $VS = UT$ (kí hiệu 1 vạch).
$\implies \triangle VST = \triangle UTS$ (hai cạnh góc vuông).
Cho Hình 4.56, biết $AB = CD, \widehat{BAC} = \widehat{BDC} = 90^\circ$. Chứng minh rằng $\triangle ABE = \triangle DCE$.
Xem lời giải chi tiết Bài 4.21
Trong tam giác vuông $ABE$ có $\widehat{A} = 90^\circ$, ta có: $\widehat{ABE} + \widehat{AEB} = 90^\circ \implies \widehat{ABE} = 90^\circ - \widehat{AEB}$.
Trong tam giác vuông $DCE$ có $\widehat{D} = 90^\circ$, ta có: $\widehat{DCE} + \widehat{DEC} = 90^\circ \implies \widehat{DCE} = 90^\circ - \widehat{DEC}$.
Mà $\widehat{AEB} = \widehat{DEC}$ (hai góc đối đỉnh), nên suy ra $\widehat{ABE} = \widehat{DCE}$.
Xét hai tam giác vuông $ABE$ (vuông tại $A$) và $DCE$ (vuông tại $D$) có:
- $AB = CD$ (theo giả thiết);
- $\widehat{ABE} = \widehat{DCE}$ (góc nhọn kề cạnh góc vuông).
Vậy $\triangle ABE = \triangle DCE$ (cạnh góc vuông - góc nhọn kề).
Cho hình chữ nhật $ABCD$, $M$ là trung điểm của cạnh $BC$. Chứng minh rằng $\triangle ABM = \triangle DCM$.
Xem lời giải chi tiết Bài 4.22
Vì $ABCD$ là hình chữ nhật nên:
- $\widehat{B} = \widehat{C} = 90^\circ$;
- $AB = CD$ (hai cạnh đối của hình chữ nhật).
Vì $M$ là trung điểm của cạnh $BC$ nên $BM = CM$.
Xét hai tam giác vuông $ABM$ (vuông tại $B$) và $DCM$ (vuông tại $C$) có:
- $AB = DC$ (chứng minh trên);
- $BM = CM$ (chứng minh trên).
Vậy $\triangle ABM = \triangle DCM$ (hai cạnh góc vuông).