Lớp 9 · Chương IV: Hệ thức lượng trong tam giác vuông

Ôn tập chương 4 - Toán 9

🚀 Khởi động

🎯 Ôn tập chương 4 — Hệ thức lượng trong tam giác vuông

Tam giác vuông là một trong những hình cơ bản và quan trọng nhất hình học. Trong chương này, chúng ta đã nắm bắt được sức mạnh của Tỉ số lượng giác và các Hệ thức lượng, giúp tính toán nhanh chóng mọi cạnh và góc khi biết một số dữ kiện cơ bản!

📐
Tỉ số lượng giác

Sin, Cos, Tan, Cot - chìa khóa liên kết cạnh và góc

📏
Hệ thức lượng

Công thức đường cao, cạnh góc vuông và hình chiếu

🔍 Khám phá

📖 I. LÝ THUYẾT

1. Tỉ số lượng giác của góc nhọn

Cho góc nhọn α\alpha nằm trong một tam giác vuông. Ta định nghĩa các tỉ số:

  • sinα=Cạnh đoˆˊiCạnh huyeˆˋn\sin \alpha = \frac{\text{Cạnh đối}}{\text{Cạnh huyền}}
  • cosα=Cạnh keˆˋCạnh huyeˆˋn\cos \alpha = \frac{\text{Cạnh kề}}{\text{Cạnh huyền}}
  • tanα=Cạnh đoˆˊiCạnh keˆˋ\tan \alpha = \frac{\text{Cạnh đối}}{\text{Cạnh kề}}
  • cotα=Cạnh keˆˋCạnh đoˆˊi\cot \alpha = \frac{\text{Cạnh kề}}{\text{Cạnh đối}}

Mẹo nhớ: “Sin Đi Học, Cos Cứ Khóc, Tan Kẹo Ngọt, Cot Kẹo Chua” (Đ/H, K/H, Đ/K, K/Đ).

Nhận xét:

  • 0<sinα<10 < \sin \alpha < 1; 0<cosα<10 < \cos \alpha < 1.
  • tanα=sinαcosα\tan \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha}; cotα=cosαsinα\cot \alpha = \frac{\cos \alpha}{\sin \alpha}.
  • sin2α+cos2α=1\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1.

2. Tính chất của hai góc phụ nhau

Nếu hai góc nhọn phụ nhau (có tổng số đo bằng 9090^\circ): α+β=90\alpha + \beta = 90^\circ, thì:

  • sinα=cosβ\sin \alpha = \cos \beta
  • cosα=sinβ\cos \alpha = \sin \beta
  • tanα=cotβ\tan \alpha = \cot \beta
  • cotα=tanβ\cot \alpha = \tan \beta

3. Hệ thức giữa cạnh và góc trong tam giác vuông

Trong tam giác vuông, mỗi cạnh góc vuông bằng:

  • Cạnh huyền nhân với sin\sin góc đối hoặc nhân với cos\cos góc kề: b=asinB=acosCb = a \cdot \sin B = a \cdot \cos C c=asinC=acosBc = a \cdot \sin C = a \cdot \cos B
  • Cạnh góc vuông kia nhân với tan\tan góc đối hoặc nhân với cot\cot góc kề: b=ctanB=ccotCb = c \cdot \tan B = c \cdot \cot C c=btanC=bcotBc = b \cdot \tan C = b \cdot \cot B

4. Nhắc lại: Các hệ thức lượng cơ bản (Từ lớp 8/9 tập 1 - Tuỳ sách)

Cho tam giác ABCABC vuông tại AA, đường cao AHAH. BC=a,AC=b,AB=c,AH=h,BH=c,CH=bBC=a, AC=b, AB=c, AH=h, BH=c', CH=b'.

  1. b2+c2=a2b^2 + c^2 = a^2 (Định lí Pytago)
  2. b2=abb^2 = a \cdot b'c2=acc^2 = a \cdot c'
  3. h2=bch^2 = b' \cdot c'
  4. ah=bca \cdot h = b \cdot c
  5. 1h2=1b2+1c2\frac{1}{h^2} = \frac{1}{b^2} + \frac{1}{c^2}
✏️ Luyện tập

📝 II. LUYỆN TẬP - TRẮC NGHIỆM

Câu 1 / 12
Dễ0 đã trả lời

Tỉ số sin\sin của một góc nhọn α\alpha trong tam giác vuông được định nghĩa là:

🌍 Vận dụng

🌍 III. BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 1: Tính tỉ số lượng giác cơ bản

Cho tam giác MNP vuông tại M, có MN=9MN = 9 cm, MP=12MP = 12 cm. a) Tính độ dài cạnh huyền NPNP. b) Tính các tỉ số lượng giác của góc NN. Suy ra các tỉ số lượng giác của góc PP.

📊 Xem lời giải

Lời giải:

a) Theo định lí Pytago trong tam giác vuông MNP: NP2=MN2+MP2=92+122=81+144=225NP^2 = MN^2 + MP^2 = 9^2 + 12^2 = 81 + 144 = 225. Suy ra NP=15NP = 15 cm.

b) Tỉ số lượng giác góc NN: sinN=MPNP=1215=45\sin N = \frac{MP}{NP} = \frac{12}{15} = \frac{4}{5}. cosN=MNNP=915=35\cos N = \frac{MN}{NP} = \frac{9}{15} = \frac{3}{5}. tanN=MPMN=129=43\tan N = \frac{MP}{MN} = \frac{12}{9} = \frac{4}{3}. cotN=MNMP=912=34\cot N = \frac{MN}{MP} = \frac{9}{12} = \frac{3}{4}. Góc PP phụ NN nên: sinP=35\sin P = \frac{3}{5}, cosP=45\cos P = \frac{4}{5}, tanP=34\tan P = \frac{3}{4}, cotP=43\cot P = \frac{4}{3}.


Bài 2: Tính biểu thức lượng giác (Góc phụ nhau)

Không dùng máy tính cầm tay, hãy tính giá trị các biểu thức: a) A=sin220+sin270cos60A = \sin^2 20^\circ + \sin^2 70^\circ - \cos 60^\circ b) B=tan35tan55sin40cos50B = \tan 35^\circ \cdot \tan 55^\circ - \frac{\sin 40^\circ}{\cos 50^\circ}

📊 Xem lời giải

Lời giải:

a) Vì 20+70=9020^\circ + 70^\circ = 90^\circ nên sin70=cos20\sin 70^\circ = \cos 20^\circ. Vậy A=sin220+cos22012=10,5=0,5A = \sin^2 20^\circ + \cos^2 20^\circ - \frac{1}{2} = 1 - 0,5 = 0,5.

b) Vì 35+55=9035^\circ + 55^\circ = 90^\circ nên tan55=cot35tan35tan55=tan35cot35=1\tan 55^\circ = \cot 35^\circ \Rightarrow \tan 35^\circ \cdot \tan 55^\circ = \tan 35^\circ \cdot \cot 35^\circ = 1. Vì 40+50=9040^\circ + 50^\circ = 90^\circ nên cos50=sin40sin40cos50=1\cos 50^\circ = \sin 40^\circ \Rightarrow \frac{\sin 40^\circ}{\cos 50^\circ} = 1. Vậy B=11=0B = 1 - 1 = 0.


Bài 3: Giải tam giác vuông

Giải tam giác ABCABC vuông tại AA trong mỗi trường hợp sau (làm tròn số đo góc đến phút, độ dài đến chữ số thập phân thứ hai): a) AC=10 cm,C^=30AC = 10 \text{ cm}, \widehat{C} = 30^\circ b) AB=15 cm,AC=20 cmAB = 15 \text{ cm}, AC = 20 \text{ cm}

📊 Xem lời giải

Lời giải:

a) B^=9030=60\widehat{B} = 90^\circ - 30^\circ = 60^\circ. AB=ACtanC=10tan30=10335,77AB = AC \cdot \tan C = 10 \cdot \tan 30^\circ = \frac{10\sqrt{3}}{3} \approx 5,77 cm. BC=ACcosC=10cos30=203311,55BC = \frac{AC}{\cos C} = \frac{10}{\cos 30^\circ} = \frac{20\sqrt{3}}{3} \approx 11,55 cm.

b) BC=AB2+AC2=152+202=225+400=625=25BC = \sqrt{AB^2 + AC^2} = \sqrt{15^2 + 20^2} = \sqrt{225 + 400} = \sqrt{625} = 25 cm. tanB=ACAB=2015=43B^538\tan B = \frac{AC}{AB} = \frac{20}{15} = \frac{4}{3} \Rightarrow \widehat{B} \approx 53^\circ 8'. C^=90538=3652\widehat{C} = 90^\circ - 53^\circ 8' = 36^\circ 52'.


Bài 4: Hệ thức lượng trong tam giác vuông

Cho tam giác ABC vuông tại A, đường cao AH. Biết HB=4 cm,HC=9 cmHB = 4 \text{ cm}, HC = 9 \text{ cm}. a) Tính AHAH. b) Tính AB,ACAB, AC.

📊 Xem lời giải

Lời giải:

a) Áp dụng hệ thức: AH2=HBHC=49=36AH=6AH^2 = HB \cdot HC = 4 \cdot 9 = 36 \Rightarrow AH = 6 cm.

b) Có BC=HB+HC=4+9=13BC = HB + HC = 4 + 9 = 13 cm. Áp dụng hệ thức: AB2=HBBC=413=52AB=52=213AB^2 = HB \cdot BC = 4 \cdot 13 = 52 \Rightarrow AB = \sqrt{52} = 2\sqrt{13} cm. AC2=HCBC=913=117AC=117=313AC^2 = HC \cdot BC = 9 \cdot 13 = 117 \Rightarrow AC = \sqrt{117} = 3\sqrt{13} cm.


Bài 5: Tìm một tỉ số biết một số tỉ số khác

Cho góc nhọn α\alpha, biết sinα=35\sin \alpha = \frac{3}{5}. Không dùng bảng số hay máy tính, hãy tính cosα,tanα,cotα\cos \alpha, \tan \alpha, \cot \alpha.

📊 Xem lời giải

Lời giải:

Ta có sin2α+cos2α=1(35)2+cos2α=1925+cos2α=1\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1 \Rightarrow \left(\frac{3}{5}\right)^2 + \cos^2 \alpha = 1 \Rightarrow \frac{9}{25} + \cos^2 \alpha = 1. cos2α=1925=1625\cos^2 \alpha = 1 - \frac{9}{25} = \frac{16}{25}. Vì α\alpha nhọn nên cosα>0cosα=45\cos \alpha > 0 \Rightarrow \cos \alpha = \frac{4}{5}. tanα=sinαcosα=3/54/5=34\tan \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha} = \frac{3/5}{4/5} = \frac{3}{4}. cotα=1tanα=43\cot \alpha = \frac{1}{\tan \alpha} = \frac{4}{3}.


Bài 6: Chứng minh biểu thức không phụ thuộc vào góc

Chứng minh biểu thức sau không phụ thuộc vào đại lượng góc nhọn α\alpha: A=(sinα+cosα)2+(sinαcosα)2A = (\sin \alpha + \cos \alpha)^2 + (\sin \alpha - \cos \alpha)^2

📊 Xem lời giải

Lời giải:

Khai triển HĐT: A=(sin2α+2sinαcosα+cos2α)+(sin2α2sinαcosα+cos2α)A = (\sin^2 \alpha + 2\sin\alpha\cos\alpha + \cos^2 \alpha) + (\sin^2 \alpha - 2\sin\alpha\cos\alpha + \cos^2 \alpha) A=2sin2α+2cos2α=2(sin2α+cos2α)A = 2\sin^2 \alpha + 2\cos^2 \alpha = 2(\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha). Mà sin2α+cos2α=1A=21=2\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1 \Rightarrow A = 2 \cdot 1 = 2. Biểu thức có giá trị không đổi bằng 2, không phụ thuộc vào α\alpha.


Bài 7: Tính toán khi không có tam giác vuông

Cho tam giác ABC có AB=6 cm,AC=8 cm,A^=120AB = 6 \text{ cm}, AC = 8 \text{ cm}, \widehat{A} = 120^\circ. Kẻ đường cao BH. a) Kẻ đường cao CH (từ C vuông góc với đường phân giác ngoài góc A, hoặc làm đường thẳng chứa AB). Vì góc BAC = 120° lớn hơn 90° nên đường cao nằm ngoài tam giác. Tìm độ dài BH. b) Tìm độ dài cạnh BC.

📊 Xem lời giải

Lời giải:

Kẻ đường cao CH vuông góc với phần kéo dài của đoạn thẳng BA tại H. Xét tam giác vuông AHC: Góc kề bù HAC^=180120=60\widehat{HAC} = 180^\circ - 120^\circ = 60^\circ. CH=ACsinHAC^=8sin60=832=43CH = AC \cdot \sin \widehat{HAC} = 8 \cdot \sin 60^\circ = 8 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = 4\sqrt{3} cm. AH=ACcos60=812=4AH = AC \cdot \cos 60^\circ = 8 \cdot \frac{1}{2} = 4 cm.

Đoạn BH=BA+AH=6+4=10BH = BA + AH = 6 + 4 = 10 cm. (Vì H và B nằm về 2 phía so với A do góc BAC tù). Trong tam giác vuông BHC vuông tại H: BC2=BH2+HC2=102+(43)2=100+48=148BC^2 = BH^2 + HC^2 = 10^2 + (4\sqrt{3})^2 = 100 + 48 = 148. Cạnh BC=148=237BC = \sqrt{148} = 2\sqrt{37} cm.

(Nếu câu a hỏi BH như sách cũ, BH là đường cao từ B đến đường thẳng AC, thì BH=ABsin60=33BH = AB \cdot \sin 60^\circ = 3\sqrt{3}. Kết quả BC vẫn ra 2372\sqrt{37}).


Bài 8: Bài toán thực tế 1 (Tháp Effel / Cột cờ)

Một cột cờ được đặt vuông góc với mặt đất yên tĩnh. Lúc 9 giờ sáng, bóng của cột cờ trên mặt đất dài 6,5m và góc tạo bởi tia nắng mặt trời với phương mặt đất (góc nâng Mặt Trời) là khoảng 4242^\circ. Tính chiều cao của cột cờ (làm tròn đến phần nguyên).

📊 Xem lời giải

Lời giải:

Gọi h là chiều cao của cột cờ, l là chiều dài phần bóng dưới đất (l=6,5l = 6,5m). Góc tạo bởi tia sáng và mặt đất là α=42\alpha = 42^\circ. Theo hệ thức lượng giác trong tam giác vuông: tanα=hlh=ltanα\tan \alpha = \frac{h}{l} \Rightarrow h = l \cdot \tan \alpha. h=6,5tan426,50,90045,85h = 6,5 \cdot \tan 42^\circ \approx 6,5 \cdot 0,9004 \approx 5,85 m. Làm tròn đến phần nguyên: 66 mét.


Bài 9: Bài toán thực tế 2 (Quan sát hai đối tượng)

Từ đỉnh một ngọn hải đăng cao 80m so với mặt biển, người quan sát nhìn thấy hai chiếc tàu. Góc hạ (so với phương ngang) xuống tàu thứ nhất là 1212^\circ, góc hạ xuống tàu thứ hai là 2020^\circ. Biết hai con tàu và ngọn hải đăng cùng nằm trên một đưởng thẳng. Tính khoảng cách giữa hai con tàu. (Làm tròn đến m).

📊 Xem lời giải

Lời giải:

Gọi đỉnh ngọn hải đăng là A, chân ngọn hải đăng ở mặt nước là H (AH=80AH = 80m). Góc hạ xuống tàu thứ nhất là 1212^\circ \Rightarrow góc tạo bởi đường ngắm và thân đèn hải đăng là 9012=7890^\circ - 12^\circ = 78^\circ, hoặc góc tạo bởi tàu 1 và đỉnh A với chân đèn là H1^=12\widehat{H_1} = 12^\circ (so le trong với góc mặt ngang). Khoảng cách từ chân đèn tới tàu thứ 1: x1=80tan12800,2125376,4x_1 = \frac{80}{\tan 12^\circ} \approx \frac{80}{0,2125} \approx 376,4 m. Tương tự, khoảng cách từ chân đèn tới tàu 2 là: x2=80tan20800,3640219,8x_2 = \frac{80}{\tan 20^\circ} \approx \frac{80}{0,3640} \approx 219,8 m. Khoảng cách giữa hai tàu là d=x1x2376,4219,8=156,6d = x_1 - x_2 \approx 376,4 - 219,8 = 156,6 m 157\approx 157 mét.


Bài 10: Tứ giác / Hệ phức hợp hình học

Cho hình thang vuông ABCDABCD vuông tại AADD, có AB=6 cm,CD=12 cmAB = 6 \text{ cm}, CD = 12 \text{ cm}AD=8 cmAD = 8 \text{ cm}. a) Kẻ BHCDBH \perp CD tại HH. Tính các đoạn CHCHBCBC. b) Kẻ đường phân giác của B^\widehat{B} cắt CDCD tại MM. Tính số đo MBC^\widehat{MBC} (làm tròn số đo góc đến phút).

📊 Xem lời giải

Lời giải:

a) Tứ giác ABHDABHDA^=D^=H^=90\widehat{A} = \widehat{D} = \widehat{H} = 90^\circ nên ABHDABHD là hình chữ nhật. Suy ra DH=AB=6DH = AB = 6, BH=AD=8BH = AD = 8. CH=CDDH=126=6CH = CD - DH = 12 - 6 = 6 cm. Trong tam giác vuông BHCBHC: BC=BH2+CH2=82+62=10BC = \sqrt{BH^2 + CH^2} = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10 cm.

b) Trong ΔBHC\Delta BHC: tanC^=BHCH=86=43C^538\tan \widehat{C} = \frac{BH}{CH} = \frac{8}{6} = \frac{4}{3} \Rightarrow \widehat{C} \approx 53^\circ 8'. CBH^=90C^=3652\widehat{CBH} = 90^\circ - \widehat{C} = 36^\circ 52'. Góc ABC=ABH^+CBH^=90+3652=12652ABC = \widehat{ABH} + \widehat{CBH} = 90^\circ + 36^\circ 52' = 126^\circ 52'. Đường phân giác BMMBC^=ABC^2=6326BM \Rightarrow \widehat{MBC} = \frac{\widehat{ABC}}{2} = 63^\circ 26'.

⭐ Ghi nhớ

💡 Những bài học rút ra

  • Công thức Sin, Cos, Tan, Cot là vũ khí mạnh nhất trong hình học thực tế, thường ứng dụng tính chiều cao, khoảng cách khó đo đạc, đo đạc qua bóng nắng,…
  • Quy tắc phụ nhau (sinα=cosβ\sin \alpha = \cos \beta) giúp tính nhẩm hoặc rút gọn biểu thức rất hiệu quả. Đoán được đáp án trong trắc nghiệm nhanh chóng.
  • Đừng nhầm lẫn giữa công thức tính Cạnh góc vuông bằng Cạnh huyền sin\cdot \sin góc đối, với công thức tính Cạnh góc vuông bằng Cạnh góc vuông kia tan\cdot \tan góc đối!