Cho tam giác ABC vuông tại A, M thuộc BC, MD ⊥ AB, ME ⊥ AC: lời giải chi tiết

Trả lời nhanh

Tứ giác ADME có ba góc vuông tại A, D, E nên là hình chữ nhật. Từ đó suy ra hai đường chéo AM và DE bằng nhau, cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đường. DE nhỏ nhất khi AM ⊥ BC (M là chân đường cao từ A). ADME là hình vuông khi M là chân đường phân giác góc A.

Đề bài và hình vẽ

Đề: Cho tam giác ABC vuông tại A, điểm M bất kì trên cạnh BC. Gọi D, E theo thứ tự là chân đường vuông góc kẻ từ M đến AB và AC. Bài này thường có các câu: a) ADME là hình gì? b) Gọi O là trung điểm DE, chứng minh A, O, M thẳng hàng; c) Tìm vị trí M để DE nhỏ nhất; d) Tìm vị trí M để ADME là hình vuông. Vì đề gốc có thể chỉ hỏi một số câu, dưới đây giải đủ các ý hay gặp.

Câu a: Tứ giác ADME là hình gì?

Ta có:

  • ∠DAE = 90° (tam giác ABC vuông tại A);
  • ∠ADM = 90° (MD ⊥ AB);
  • ∠AEM = 90° (ME ⊥ AC).

Tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật. Vậy ADME là hình chữ nhật.

Lưu ý: khi M trùng B thì D trùng B, E trùng A; khi M trùng C thì tương tự. Với M nằm giữa B và C ta mới có hình chữ nhật thật sự.

Câu b: A, O, M thẳng hàng

Trong hình chữ nhật ADME, hai đường chéo AM và DE cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường. O là trung điểm DE nên O cũng là trung điểm AM. Vậy O nằm trên AM, tức A, O, M thẳng hàng.

Mẹo: đề cho “trung điểm một đường chéo” của hình chữ nhật thì gần như luôn dẫn đến “đó cũng là trung điểm đường chéo kia”.

Câu c: Vị trí M để DE nhỏ nhất

Vì ADME là hình chữ nhật nên DE = AM. Bài toán trở thành: tìm M trên BC để AM nhỏ nhất.

Gọi H là chân đường vuông góc kẻ từ A xuống BC. Với mọi M thuộc BC, đường vuông góc AH ngắn hơn hoặc bằng đường xiên AM, nên AM ≥ AH. Dấu bằng xảy ra khi M ≡ H.

Kết luận: DE nhỏ nhất bằng AH khi M là chân đường cao hạ từ A.

Ví dụ tự đặt: AB = 3, AC = 4 thì BC = 5 và AH = AB·AC/BC = 12/5 = 2,4. Khi đó DE nhỏ nhất là 2,4.

Câu d: Vị trí M để ADME là hình vuông

Hình chữ nhật là hình vuông khi một đường chéo là phân giác của một góc, tức AM là tia phân giác của góc BAC. Vậy M là giao điểm của tia phân giác góc A với BC. Ngược lại, nếu AM là phân giác thì MD = ME (điểm trên phân giác cách đều hai cạnh), nên hình chữ nhật có hai cạnh kề bằng nhau, là hình vuông.

Ví dụ (AB = 3, AC = 4): gọi cạnh hình vuông là x. Diện tích tam giác ABC = diện tích ABM + diện tích ACM nên 6 = ½·3·x + ½·4·x = 3,5x, suy ra x = 12/7.

Một số kết quả mở rộng

Yêu cầu Cách làm
M là trung điểm BC MD ∥ AC và đi qua trung điểm BC nên D là trung điểm AB; tương tự E là trung điểm AC. Chu vi ADME = AB + AC.
Chu vi ADME khi M bất kì Chu vi = 2(AD + AE) = 2(ME + MD). Giá trị này thay đổi theo M, không phải hằng số.
Diện tích ADME lớn nhất Đạt khi M là trung điểm BC, bằng một nửa diện tích tam giác ABC.

Lỗi sai thường gặp

  • Kết luận “hình chữ nhật” mà quên nêu đủ ba góc vuông và lí do từng góc.
  • Nhầm DE nhỏ nhất khi M là trung điểm BC. Thực tế đó là vị trí AM = BC/2, không phải nhỏ nhất (trừ khi tam giác vuông cân).
  • Quên đổi DE = AM trước khi dùng quan hệ đường vuông góc – đường xiên.

Bài luyện tập

  1. Với AB = 6, AC = 8, tính độ dài nhỏ nhất của DE. Đáp án: BC = 10, AH = 6·8/10 = 4,8.
  2. Với AB = 6, AC = 8, M là trung điểm BC, tính chu vi ADME. Đáp án: AB + AC = 14.
  3. Với AB = AC = a, M ở vị trí nào thì ADME là hình vuông và cạnh bằng bao nhiêu? Đáp án: M là trung điểm BC; cạnh hình vuông là a/2 (D, E là trung điểm AB, AC).

Câu hỏi thường gặp

Vì sao ADME là hình chữ nhật?

Vì tứ giác ADME có ba góc vuông: góc A (tam giác vuông tại A), góc D (MD ⊥ AB) và góc E (ME ⊥ AC). Tứ giác có ba góc vuông là hình chữ nhật.

DE nhỏ nhất khi nào?

Do DE = AM nên DE nhỏ nhất khi AM nhỏ nhất, tức AM vuông góc BC. Lúc đó M là chân đường cao kẻ từ A và DE = AH.

Khi nào ADME là hình vuông?

Khi AM là tia phân giác của góc BAC, tức M là chân đường phân giác kẻ từ A xuống BC.

Chứng minh A, O, M thẳng hàng như thế nào?

Trong hình chữ nhật ADME, hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm mỗi đường. O là trung điểm DE nên cũng là trung điểm AM, suy ra A, O, M thẳng hàng.