Bài 4.31 trang 65 sách bài tập Toán lớp 10 Tập 1

Cho tam giác ABC có

Sách bài tập Toán 10 Kết nối tri thức Bài 11: Tích vô hướng của hai vectơ

Bài 4.31 trang 65 sách bài tập Toán lớp 10 Tập 1: Cho tam giác ABC có $\hat{A} < 90 ° .$ Dựng ra phía ngoài tam giác hai tam giác vuông cân đỉnh A là ABD và ACE. Gọi M, N, P theo thứ tự là trung điểm BC, BD, CE. Chứng minh rằng:

a) AM vuông góc với DE;

b) BE vuông góc với CD;

c) Tam giác MNP là một tam giác vuông cân.

Lời giải:

Bài 4.31 trang 65 sách bài tập Toán lớp 10 Tập 1

a) +) Vì M là trung điểm của BC nên $\vec{A B} + \vec{A C} = 2 \vec{A M}$

$\Rightarrow \vec{A M} = \frac{1}{2} (\vec{A B} + \vec{A C})$

+) Theo quy tắc ba điểm ta có: $\vec{D E} = \vec{A E} - \vec{A D}$

$\Rightarrow \vec{A M} . \vec{D E} = \frac{1}{2} (\vec{A B} + \vec{A C}) (\vec{A E} - \vec{A D})$

$= \frac{1}{2} (\vec{A B} . \vec{A E} - \vec{A B} . \vec{A D} + \vec{A C} . \vec{A E} - \vec{A C} . \vec{A D})$

Mà AB ⊥ AD nên $\vec{A B} . \vec{A D} = 0$

Và AC ⊥ AE nên $\vec{A C} . \vec{A E} = 0$

Do đó $\vec{A M} . \vec{D E} = \frac{1}{2} (\vec{A B} . \vec{A E} - \vec{A C} . \vec{A D})$

Ta có:

• $\vec{A B} . \vec{A E} = A B . A E . c o s \hat{B A E}$

Và $\vec{A C} . \vec{A D} = A C . A D . c o s \hat{C A D}$

• AB = AD (do ∆ABD vuông cân tại A)

Và AC = AE (do ∆ACE vuông cân tại A)

• $\hat{B A E} = \hat{B A C} + \hat{C A E} = \hat{B A C} + 90 °$

Và $\hat{C A D} = \hat{B A C} + \hat{B A D} = \hat{B A C} + 90 °$

$\Rightarrow \hat{B A E} = \hat{C A D}$

Do đó $\vec{A B} . \vec{A E} = \vec{A C} . \vec{A D}$

$\Rightarrow \vec{A M} . \vec{D E} = \frac{1}{2} (\vec{A B} . \vec{A E} - \vec{A B} . \vec{A E}) = 0$

$\Rightarrow \vec{A M} ⊥ \vec{D E}$

b) Ta có: $\vec{B E} = \vec{A E} - \vec{A B}$ và $\vec{C D} = \vec{A D} - \vec{A C}$

$\Rightarrow \vec{B E} . \vec{C D} = (\vec{A E} - \vec{A B}) . (\vec{A D} - \vec{A C})$

$= \vec{A E} . \vec{A D} - \vec{A E} . \vec{A C} - \vec{A B} . \vec{A D} + \vec{A B} . \vec{A C}$

$= \vec{A E} . \vec{A D} + \vec{A B} . \vec{A C}$ (do $\vec{A B} . \vec{A D} = 0$ và $\vec{A C} . \vec{A E} = 0$ )

Ta có:

• $\vec{A E} . \vec{A D} = A E . A D . c o s \hat{D A E}$

Và $\vec{A B} . \vec{A C} = A B . A C . c o s \hat{B A C}$

• AB = AD và AC = AE

• $\hat{D A E} = 360 ° - \hat{D A B} - \hat{B A C} - \hat{C A E}$

$\Rightarrow \hat{D A E} = 360 ° - 90 ° - \hat{B A C} - 90 °$

$\Rightarrow \hat{D A E} = 180 ° - \hat{B A C}$

$\Rightarrow c o s \hat{D A E} = c o s (180 ° - \hat{B A C}) = - c o s \hat{B A C}$

$\Rightarrow \vec{A E} . \vec{A D} = - \vec{A B} . \vec{A C}$

$\Rightarrow \vec{B E} . \vec{C D} = \vec{A E} . \vec{A D} - \vec{A B} . \vec{A C} = 0$

$\Rightarrow \vec{B E} ⊥ \vec{C D}$

$\Rightarrow$ BE ⊥ CD.

c) Ta có: $B E^{2} = {\vec{B E}}^{2} = {(\vec{A E} - \vec{A B})}^{2}$

$= {\vec{A E}}^{2} - 2. \vec{A E} . \vec{A B} + {\vec{A B}}^{2}$

$= A E^{2} + A B^{2} - 2. A E . A B . c o s \hat{E A B}$

$= A D^{2} + A C^{2} - 2. A D . A C . c o s \hat{C A D}$

$= {\vec{A D}}^{2} + {\vec{A C}}^{2} - 2 \vec{A D} . \vec{A C}$

$= {(\vec{A D} - \vec{A C})}^{2}$

$= {\vec{C D}}^{2} = C D^{2}$

$\Rightarrow$ BE = CD (1)

Xét tam giác BCD có M, N lần lượt là trung điểm của BC, BD

Nên MN là đường trung bình của ∆BCD

$\Rightarrow M N = \frac{1}{2} C D$ và MN // CD (2)

Chứng minh tương tự ta cũng có:

MP là đường trung bình của ∆BCE

$\Rightarrow M P = \frac{1}{2} B E$ và MP // BE (3)

Từ (1), (2) và (3) suy ra MN = MP.

Vì BE ⊥ CD (câu b), MN // CD và MP // BE

Nên MN ⊥ MP

$\Rightarrow \hat{N M P} = 90 °$

Tam giác MNP có MN = MP và $\hat{N M P} = 90 °$

Suy ra tam giác MNP là tam giác vuông cân tại M.

Xem thêm các bài giải sách bài tập Toán lớp 10 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

❮ Bài trước Bài sau ❯