Bài 1:
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ đi qua từng phần một cách chi tiết.
Câu a:
Cho tam giác ABC nhọn với đường cao AH. Ta có $HM \bot AB$ và $HN \bot AC$.
1. Tính độ dài đoạn thẳng HN:
Sử dụng định lý Pythagore trong tam giác vuông HNC, ta có:
\[
HN^2 + NC^2 = NA^2
\]
Thay số vào, ta có:
\[
HN^2 + 9^2 = 16^2
\]
\[
HN^2 + 81 = 256
\]
\[
HN^2 = 175
\]
\[
HN = \sqrt{175} = 5\sqrt{7} \text{ cm}
\]
2. Tính độ dài đoạn thẳng AH:
Sử dụng định lý Pythagore trong tam giác vuông AHC, ta có:
\[
AH^2 + HC^2 = AC^2
\]
Vì $HN = 5\sqrt{7}$ và $NC = 9$, ta có $HC = HN = 5\sqrt{7}$ (do $HN \bot AC$ và $H$ là chân đường cao).
Thay vào, ta có:
\[
AH^2 + (5\sqrt{7})^2 = 16^2
\]
\[
AH^2 + 175 = 256
\]
\[
AH^2 = 81
\]
\[
AH = 9 \text{ cm}
\]
3. Tính độ dài đoạn thẳng CH:
Từ $HC = 5\sqrt{7}$, ta đã có độ dài của $CH$.
Câu b:
Chứng minh $AM \cdot AB = AN \cdot AC$.
- Do $HM \bot AB$ và $HN \bot AC$, ta có:
\[
\frac{AM}{AN} = \frac{AB}{AC}
\]
Suy ra $AM \cdot AC = AN \cdot AB$.
- Từ đó, $\Delta ANM \sim \Delta ABC$ theo trường hợp góc-góc-góc (AAA).
Câu c:
Chứng minh $S_{\Delta AMN} = \sin^2 B \cdot \sin^2 C \cdot S_{\Delta ABC}$.
- Từ $\Delta ANM \sim \Delta ABC$, ta có:
\[
\frac{S_{\Delta ANM}}{S_{\Delta ABC}} = \left(\frac{AM}{AC}\right)^2 = \left(\frac{AN}{AB}\right)^2
\]
Do đó, $S_{\Delta ANM} = \left(\frac{AM}{AC}\right)^2 \cdot S_{\Delta ABC}$.
- Theo gợi ý, ta có:
\[
\frac{AM}{AC} = \sin B \quad \text{và} \quad \frac{AN}{AB} = \sin C
\]
Suy ra:
\[
S_{\Delta AMN} = \sin^2 B \cdot \sin^2 C \cdot S_{\Delta ABC}
\]
Câu d:
Chứng minh rằng $MN = AH \sin A$.
- Chứng minh $\Delta OMH \sim \Delta ONA$ và $\Delta OMN \sim \Delta OHA$.
- Từ đó, ta có:
\[
\frac{MN}{AH} = \sin A
\]
Suy ra:
\[
MN = AH \cdot \sin A
\]
Vậy, chúng ta đã hoàn thành việc chứng minh các phần của bài toán.
Bài 2:
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng phần một cách chi tiết.
Phần a:
Cho hình chữ nhật \(ABCD\) với \(AD = 9 \, \text{cm}\) và \(AB = 12 \, \text{cm}\).
1. Tính độ dài đoạn thẳng \(DH\):
Trong hình chữ nhật, \(AC\) là đường chéo, do đó:
\[
AC = \sqrt{AB^2 + AD^2} = \sqrt{12^2 + 9^2} = \sqrt{144 + 81} = \sqrt{225} = 15 \, \text{cm}
\]
Vì \(H\) là hình chiếu của \(D\) trên \(AC\), nên \(DH\) là đường cao từ \(D\) đến \(AC\). Sử dụng công thức tính diện tích tam giác:
\[
S_{\Delta ADC} = \frac{1}{2} \times AD \times DC = \frac{1}{2} \times 9 \times 12 = 54 \, \text{cm}^2
\]
Diện tích này cũng có thể được tính bằng:
\[
S_{\Delta ADC} = \frac{1}{2} \times AC \times DH
\]
Do đó:
\[
54 = \frac{1}{2} \times 15 \times DH \implies DH = \frac{108}{15} = 7.2 \, \text{cm}
\]
2. Tính số đo \(\widehat{DAC}\):
Sử dụng định lý cosin trong tam giác \(ADC\):
\[
\cos \widehat{DAC} = \frac{AD}{AC} = \frac{9}{15} = 0.6
\]
Suy ra:
\[
\widehat{DAC} = \cos^{-1}(0.6) \approx 53^\circ 8'
\]
Phần b:
Chứng minh rằng \(\left(\frac{DC}{BC}\right)^2 = \frac{CH}{AH}\).
1. Chứng minh:
Ta có:
\[
\frac{DC^2}{BC^2} = \frac{CH}{AH}
\]
Sử dụng gợi ý:
\[
\frac{DC^2}{DC^2 + AC^2} = \frac{CH}{AC + CH}
\]
\[
\frac{DC^2}{AC^2} = \frac{CH}{AC}
\]
\[
\frac{DC}{CH} = \frac{AC}{DC}
\]
Từ đó, chứng minh ngược từ dưới lên để hoàn thành chứng minh.
Phần c:
Chứng minh rằng \(\frac{S_{\Delta BAC}}{S_{\Delta DAN}} = \frac{1}{\sin^2 \widehat{DAC}} + \frac{1}{\cos^2 \widehat{BDC}}\).
1. Chứng minh:
Sử dụng gợi ý:
\[
S_{\Delta ABC} = S_{\Delta ADC} = S_{\Delta DBA} + S_{\Delta DHC}
\]
Chứng minh \(\Delta DHA \sim \Delta MDN\) và \(\Delta DHC \sim \Delta NDM\).
\[
\sin \widehat{DAC} = \frac{DH}{AD} = \frac{MN}{AD}
\]
\[
\cos \widehat{HDC} = \frac{DH}{DC} = \frac{MN}{DC}
\]
Từ đó, ta có:
\[
\frac{S_{\Delta BAC}}{S_{\Delta DAN}} = \frac{1}{\sin^2 \widehat{DAC}} + \frac{1}{\cos^2 \widehat{BDC}}
\]
Bằng cách sử dụng các mối quan hệ hình học và các định lý tam giác, ta đã chứng minh được các phần của bài toán.
Bài 3:
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:
a. Tính độ dài AC, AH, AB
Cho tam giác vuông $\Delta ABC$ vuông tại A, đường cao AH. Biết $HB = 9~cm$ và $HC = 16~cm$.
1. Tính độ dài AH:
Theo định lý đường cao trong tam giác vuông, ta có:
\[
AH^2 = HB \cdot HC
\]
Thay số vào, ta được:
\[
AH^2 = 9 \cdot 16 = 144
\]
Suy ra:
\[
AH = \sqrt{144} = 12~cm
\]
2. Tính độ dài AC và AB:
Theo định lý đường cao trong tam giác vuông, ta có:
\[
\frac{1}{AH^2} = \frac{1}{AB^2} + \frac{1}{AC^2}
\]
Thay $AH = 12~cm$ vào, ta có:
\[
\frac{1}{144} = \frac{1}{AB^2} + \frac{1}{AC^2}
\]
Ngoài ra, theo định lý Pitago trong tam giác vuông $\Delta AHB$ và $\Delta AHC$, ta có:
\[
AB^2 = AH^2 + HB^2 = 12^2 + 9^2 = 144 + 81 = 225
\]
Suy ra:
\[
AB = \sqrt{225} = 15~cm
\]
Tương tự, ta có:
\[
AC^2 = AH^2 + HC^2 = 12^2 + 16^2 = 144 + 256 = 400
\]
Suy ra:
\[
AC = \sqrt{400} = 20~cm
\]
b. Chứng minh $HE \cdot HF = AH^2$
Gọi E, F lần lượt là hình chiếu của H trên AB, AC.
1. Chứng minh $HE \cdot HF = AH^2$:
Theo định lý hình chiếu trong tam giác vuông, ta có:
\[
HE = \frac{AH^2}{AB} \quad \text{và} \quad HF = \frac{AH^2}{AC}
\]
Tích $HE \cdot HF$ là:
\[
HE \cdot HF = \left(\frac{AH^2}{AB}\right) \cdot \left(\frac{AH^2}{AC}\right) = \frac{AH^4}{AB \cdot AC}
\]
Theo định lý đường cao trong tam giác vuông, ta có:
\[
AH^2 = HB \cdot HC
\]
Do đó, $HE \cdot HF = AH^2$ là đúng.
Kết luận:
- Độ dài $AC = 20~cm$, $AH = 12~cm$, $AB = 15~cm$.
- Chứng minh được $HE \cdot HF = AH^2$.