Bài 5: Dựng hình bằng thước và compa. Dựng hình thang

Phân tích: Giả sử hình thang ABCD dựng được thỏa mãn điều kiện bài toán. Tam giác ADH dựng được vì biết hai cạnh góc vuông AH = 2cm và HD = lcm, $\angle$H = ${90}^0$ và đáy AB < CD nên $\angle$D < ${90}^0$. Điểm H nằm giữa D và C.

Điểm C nằm trên tia đối tia HD và cách H một đoạn bằng 3 cm

Điểm B thỏa mãn hai điều kiện:

- B nằm trên đường thẳng đi qua A và song song với DH.

- B cách A một khoảng bằng 2cm

Cách dựng:

- Dựng ΔAHD biết $\angle$H = ${90}^0$, AH = 2cm , HD = lcm

- Dựng tia đối của tia HD

- Trên tia đối của tia HD dựng điểm C sao cho HC = 3cm

- Dựng tia Ax // DH, Ax nằm trên nửa mặt phẳng bờ AD chứa điểm H.

- Trên tia Ax, dựng điểm B sao cho AB = 2cm . Nối CB ta có hình thang ABCD cần dựng.

Chứng minh:

Tứ giác ABCD là hình thang vì AB//CD.

Kẻ BK ⊥ CD. Tứ giác ABKH là hình thang có 2 cạnh bên song song nên: BK = AH và KH = AB

Suy ra: KC = HC - KH = HC - AB = 3 - 2 = 1 (cm)

Suy ra: $∆$AHD = $∆$BKC (c.g.c) ⇒ $\angle$D = $\angle$C

Phân tích:

Giả sử hình thang ABCD dựng được thỏa mãn điều kiện bài toán. Qua A kẻ đường thẳng song song với BC cắt CD tại E. Hình thang ABCE có 2 cạnh bên song song nên AB = EC = 2cm do đó DE = 2cm

Tam giác ADE dựng được vì biết 2 góc kề với một cạnh.

Điểm C nằm trên tia DE cách D một khoảng bằng 4cm.

Điểm B thỏa mãn hai điều kiện:

- B nằm trên đường thẳng đi qua A và song song với CD.

- B nằm trên đường thẳng đi qua C và song song với AE.

Cách dựng:

- Dựng ΔADE biết DE = 2cm, $\angle$D = ${70}^0$, $\angle$E = ${50}^0$

- Trên tia DE lấy điểm C sao cho DC = 4cm

- Dựng tia Ax // CD, Ax nằm trên nửa mặt phẳng bờ AD chứa điểm C

- Dựng tia Cy // AE, Cy nằm trên nửa mặt phẳng bờ CD chứa điểm A.

Cy cắt Ax tại B. Hình thang ABCD cần dựng.

Chứng minh:

Tứ giác ABCD là hình thang vì AB // CD.

CD = CE + ED ⇒ CE = CD – ED = 4 – 2 = 2 (cm)

Hình thang ABCE có hai cạnh bên AE // CB

⇒ AB = CE = 2 (cm)

$\angle$C = $\angle$E = ${50}^0$ (hai góc đồng vị)

$\angle$D = ${70}^0$

Hình thang ABCD thỏa mãn điều kiện bài toán.

Biện luận: Tam giác ADE luôn dựng được, hình thang ABCD luôn dựng được. Ta dựng được một hình thang thỏa mãn điều kiện bài toán.

Phân tích:

Giả sử hình thang ABCD dựng được thỏa mãn điều kiện bài toán.

Qua A kẻ đường thẳng song song với BC cắt CD tại E ta thấy tam giác AED xác định vì biết ba cạnh, ta cần xác định đình B và C.

- Đỉnh C nằm trên tia DE, cách D một khoảng bằng 4cm.

- Đỉnh B nằm trên đường thẳng đi qua A song song với đường thẳng DE và cách A một khoảng bằng lcm.

Cách dựng:

- Dựng $∆$ADE biết AD = 2cm, DE = 3cm, AE = 3cm

- Trên tia DE dựng điểm C sao cho DC = 4cm

- Dựng đường thẳng đi qua A và song song với DC, lấy điểm B sao cho AB = lcm. Nối BC ta có hình thang ABCD cần dựng.

Chứng minh:

Thật vậy, theo cách dựng ta có AB // CD nên tứ giác ABCD là hình thang.

Ta có: AD = 2cm, DC = 4cm, AB= lcm, hình thang ABCE có hai cạnh đáy AB = EC = 1cm nên BC = AE = 3cm.

Hình thang ABCD thỏa mãn điều kiện bài toán.

Biện luận: Tam giác ADB luôn dựng được nên hình thang ABCD dựng được, bài toán có một nghiệm hình.

Phân tích: Giả sử hình thang ABCD dựng được thỏa mãn điều kiện bài toán

Từ B kẻ đường thẳng song song với AC cắt CD tại E. Tứ giác ABEC là hình thang có hai cạnh bên song song nên CE = AB = l cm, BE = AC = 3cm

Tam giác BDE xác định được, ta cần xác định đỉnh C và A.

- Đỉnh C nằm trên tia DE cách D một khoảng bằng 3cm

- Đỉnh A nằm trên đường thẳng đi qua B và song song với CD, A cách C một khoảng bằng 3 cm. (ABCD là hình thang cân nên AC = BD = 3 cm)

Cách dựng:

- Dựng $∆$BDE biết BD = 3cm, BE = 3cm , DE = 4cm

- Dựng điểm C trên tia DE sao cho DC = 3cm

- Dựng đường thẳng d đi qua B song song với CD.

- Dựng cung tròn tâm C bán kính 3 cm cắt đường thắng d tại A. Nối AD ta có hình thang ABCD dựng được.

Chứng minh: Thật vậy theo cách dựng ta có AB // CD.

Tứ giác ABCD là hình thang. CD = 3cm, AC = BD = 3cm. Vậy ABCD là hình thang cân thỏa mãn điều kiện bài toán.

Bài toán có một nghiệm hình.

Cách dựng:

- Dựng $∆$ABD biết AB = 2cm, $\angle$A = ${80}^0$ , AD = 3cm

- Dựng $\angle$(ABx) = ${120}^0$

- Trên nửa mặt phẳng bờ AD chứa đỉnh B dựng $\angle$(ADy) = ${60}^0$. Dy cắt Bx tại C.

Chứng minh: Thật vậy theo cách dựng:

AB = 2cm, $\angle$A = ${80}^0$, AD = 3cm

$\angle$B = ${120}^0$

$\angle$C = ${360}^0$ - ($\angle$A + $\angle$B + $\angle$C ) = ${360}^0$ - (${80}^0$ + ${120}^0$ + ${60}^0$) = ${100}^0$

Tứ giác ABCD dựng được thỏa mãn điều kiện bài toán.

Cách dựng:

- Dựng $∆$ABC đều

- Trên nửa mặt phẳng bờ AC chứa điểm B dựng tia Ax ⊥ AC

- Dựng tia phân giác Ay của $\angle$(xAB)

Ta có: $\angle$(CAy) = ${75}^0$

Chứng minh: Thật vậy, $∆$ABC đều nên $\angle$(BAC) = ${60}^0$, $\angle$(xAC) = ${90}^0$

⇒ $\angle$(BAx) = $\angle$(xAC) - $\angle$(BAC)

⇒ $\angle$(BAx) = ${90}^0$ – ${60}^0$ = ${30}^0$

⇒ $\angle$(BAy) = 1/2 $\angle$(BAx) = 1/2.${30}^0$= ${15}^0$

Do đó, $\angle$(CAy) = $\angle$(CAB) + $\angle$(BAy) = ${60}^0$ + ${15}^0$ = ${75}^0$

Cách dựng:

- Dựng $∆$BHC, BH = 2,5 cm

- $\angle$(BHC) = ${90}^0$

- Trên tia Hx lấy điểm C sao cho BC = 3cm

- Dựng tia đi qua B và song song CH nằm trên nửa mặt phẳng bờ BC chứa điểm H. Lấy điểm A sao cho BA = 2cm

- Dựng cung tròn tâm B bán kính bằng AC cắt tia CH tại D.

Nối AD ta có hình thang ABCD cần dựng.

Chứng minh: Thật vậy theo cách dựng AB // CD nên tứ giác ABCD là hình thang có AB = 2cm, BC = 3cm, BH = 2,5cm.

AC = BD

Vậy ABCD là hình thang cân thỏa mãn điều kiện bài toán.

Cách dựng:

- Dựng tam giác BCD có $\angle$B = ${80}^0$, BC = 3cm, BD = 5cm.

- Dựng I là trung điểm của CD

- Dựng đường trung trực CD cắt BD tại A

Nối A với C ta có $∆$ABC cần dựng

Chứng minh: Thật vậy theo cách dựng ta có ΔABC

$\angle$B = ${80}^0$ , BC = 3cm, AB + AC = AB + AD = BD = 5cm (vì AC = AD tính chất đường trung trực nên AB + AC = 5 cm)

$∆$ABC thỏa mãn điều kiện bài toán.