Bài 6. Hệ thức lượng trong tam giác (SGK Toán 10 – Kết nối tri thức, Tập 1, trang 39–44)


Các công thức cần nhớ

Định lý cosin (tam giác ABCABC với các cạnh a,b,ca, b, c đối diện các góc A,B,CA, B, C):

a2=b2+c2−2bccos⁡A,b2=a2+c2−2accos⁡B,c2=a2+b2−2abcos⁡C.a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A, \quad b^2 = a^2 + c^2 - 2ac\cos B, \quad c^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C.

cos⁡A=b2+c2−a22bc,cos⁡B=a2+c2−b22ac,cos⁡C=a2+b2−c22ab.\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc}, \quad \cos B = \frac{a^2+c^2-b^2}{2ac}, \quad \cos C = \frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}.

Định lý sin:

asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R,\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R,

trong đó RR là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác.

Diện tích tam giác:

S=12bcsin⁡A=12acsin⁡B=12absin⁡C.S = \frac{1}{2}bc\sin A = \frac{1}{2}ac\sin B = \frac{1}{2}ab\sin C.

Công thức Heron:

S=p(p−a)(p−b)(p−c),p=a+b+c2.S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}, \quad p = \frac{a+b+c}{2}.


A. Luyện tập trong bài

Luyện tập 1 (trang 39). Cho tam giác ABCABC có A=120°A = 120°, AB=5AB = 5.

Tính BCBC biết AC=8AC = 8.

Giải: Đặt a=BCa = BC, b=AC=8b = AC = 8, c=AB=5c = AB = 5. Áp dụng định lý cosin:

a2=b2+c2−2bccos⁡A=64+25−2⋅8⋅5⋅cos⁡120°.a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A = 64 + 25 - 2 \cdot 8 \cdot 5 \cdot \cos120°.

=89−80⋅(−12)=89+40=129.= 89 - 80 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right) = 89 + 40 = 129.

a=BC=129≈11,36.a = BC = \sqrt{129} \approx 11{,}36.


Luyện tập 2 (trang 40). Cho tam giác ABCABC có a=10a = 10, AB=5AB = 5, AC=8AC = 8. Tính các góc của tam giác.

(Tương tự luyện tập giải tam giác từ ba cạnh)

Giải: Từ định lý cosin:

cos⁡A=b2+c2−a22bc=64+25−10080=−1180≈−0,138.\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} = \frac{64+25-100}{80} = \frac{-11}{80} \approx -0{,}138.

A≈97,9°.A \approx 97{,}9°.

Tương tự tính BB và CC.


Luyện tập 3 (trang 40). Cho tam giác ABCABC có b=c=5b = c = 5 và B=80°B = 80°. Tính các góc còn lại và bán kính RR.

Giải:

Tam giác cân (b=cb = c) nên B=C=80°B = C = 80°, suy ra A=180°−80°−80°=20°A = 180° - 80° - 80° = 20°.

Bán kính ngoại tiếp: R=b2sin⁡B=52sin⁡80°≈52×0,985≈2,54.R = \dfrac{b}{2\sin B} = \dfrac{5}{2\sin80°} \approx \dfrac{5}{2 \times 0{,}985} \approx \mathbf{2{,}54}.


Luyện tập 4 (trang 41). Cho tam giác ABCABC có a=4a = 4, A=60°A = 60°, B=80°B = 80°. Tính bb, cc.

Giải:

C=180°−60°−80°=40°C = 180° - 60° - 80° = 40°.

Dùng định lý sin: asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C\dfrac{a}{\sin A} = \dfrac{b}{\sin B} = \dfrac{c}{\sin C}.

b=asin⁡Bsin⁡A=4sin⁡80°sin⁡60°=4×0,9850,866≈4,55.b = \frac{a\sin B}{\sin A} = \frac{4\sin80°}{\sin60°} = \frac{4 \times 0{,}985}{0{,}866} \approx \mathbf{4{,}55}.

c=asin⁡Csin⁡A=4sin⁡40°sin⁡60°=4×0,6430,866≈2,97.c = \frac{a\sin C}{\sin A} = \frac{4\sin40°}{\sin60°} = \frac{4 \times 0{,}643}{0{,}866} \approx \mathbf{2{,}97}.


Luyện tập 5 (trang 41). Cho tam giác ABCABC có a=32a = 3\sqrt{2}, A=45°A = 45°, B=87°B = 87°. Tính bb, cc.

Giải:

C=180°−45°−87°=48°C = 180° - 45° - 87° = 48°.

b=asin⁡Bsin⁡A=32⋅sin⁡87°sin⁡45°=32×0,99860,7071≈4,2360,7071≈5,99≈6.b = \frac{a\sin B}{\sin A} = \frac{3\sqrt{2} \cdot \sin87°}{\sin45°} = \frac{3\sqrt{2} \times 0{,}9986}{0{,}7071} \approx \frac{4{,}236}{0{,}7071} \approx \mathbf{5{,}99} \approx 6.

c=asin⁡Csin⁡A=32⋅sin⁡48°sin⁡45°=32×0,74310,7071≈4,46.c = \frac{a\sin C}{\sin A} = \frac{3\sqrt{2} \cdot \sin48°}{\sin45°} = \frac{3\sqrt{2} \times 0{,}7431}{0{,}7071} \approx \mathbf{4{,}46}.


Luyện tập 6 (trang 42). Cho tam giác ABCABC có A=60°A = 60°, b=4b = 4, c=6c = 6. Tính diện tích SS.

Giải:

S=12bcsin⁡A=12×4×6×sin⁡60°=12×32=63≈10,39.S = \frac{1}{2}bc\sin A = \frac{1}{2} \times 4 \times 6 \times \sin60° = 12 \times \frac{\sqrt{3}}{2} = \mathbf{6\sqrt{3}} \approx 10{,}39.


B. Bài tập (trang 42–44)


Bài 3.5. Cho tam giác ABCABC có a=6a = 6, b=5b = 5, c=8c = 8. Tính cos⁡A\cos A, SS, rr (bán kính nội tiếp).

Lời giải:

Tính cos⁡A\cos A (định lý cosin):

cos⁡A=b2+c2−a22bc=25+64−362×5×8=5380.\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} = \frac{25+64-36}{2 \times 5 \times 8} = \frac{53}{80}.

Tính SS (công thức Heron):

p=6+5+82=192,p−a=72,  p−b=92,  p−c=32.p = \frac{6+5+8}{2} = \frac{19}{2}, \quad p-a = \frac{7}{2},\; p-b = \frac{9}{2},\; p-c = \frac{3}{2}.

S=192⋅72⋅92⋅32=19×7×9×316=143591≈14,98.S = \sqrt{\frac{19}{2} \cdot \frac{7}{2} \cdot \frac{9}{2} \cdot \frac{3}{2}} = \sqrt{\frac{19 \times 7 \times 9 \times 3}{16}} = \frac{1}{4}\sqrt{3591} \approx \mathbf{14{,}98}.

Tính rr (bán kính nội tiếp r=S/pr = S/p):

r=Sp=14,989,5≈1,58.r = \frac{S}{p} = \frac{14{,}98}{9{,}5} \approx \mathbf{1{,}58}.

Kết quả: cos⁡A=5380\cos A = \dfrac{53}{80}; S≈14,98S \approx 14{,}98; r≈1,58r \approx 1{,}58.


Bài 3.6. Cho tam giác ABCABC có a=10a = 10, A=45°A = 45°, B=70°B = 70°. Tính RR, bb, cc.

Lời giải:

C=180°−45°−70°=65°C = 180° - 45° - 70° = 65°.

Bán kính ngoại tiếp:

R=a2sin⁡A=102sin⁡45°=102=52≈7,07.R = \frac{a}{2\sin A} = \frac{10}{2\sin45°} = \frac{10}{\sqrt{2}} = 5\sqrt{2} \approx \mathbf{7{,}07}.

Tính bb:

b=2Rsin⁡B=52⋅sin⁡70°≈7,07×0,940≈6,64.b = 2R\sin B = 5\sqrt{2} \cdot \sin70° \approx 7{,}07 \times 0{,}940 \approx \mathbf{6{,}64}.

Tính cc:

c=2Rsin⁡C=52⋅sin⁡65°≈7,07×0,906≈6,41.c = 2R\sin C = 5\sqrt{2} \cdot \sin65° \approx 7{,}07 \times 0{,}906 \approx \mathbf{6{,}41}.

Kết quả: R=52≈7,07R = 5\sqrt{2} \approx 7{,}07; b≈6,64b \approx 6{,}64; c≈6,41c \approx 6{,}41.


Bài 3.7. Giải tam giác ABCABC và tính diện tích, biết A=15°A = 15°, B=130°B = 130°, c=6c = 6.

Lời giải:

Tính góc CC:

C=180°−15°−130°=35°.C = 180° - 15° - 130° = 35°.

Tính các cạnh (định lý sin: csin⁡C=asin⁡A=bsin⁡B\dfrac{c}{\sin C} = \dfrac{a}{\sin A} = \dfrac{b}{\sin B}):

6sin⁡35°=asin⁡15°=bsin⁡130°.\frac{6}{\sin35°} = \frac{a}{\sin15°} = \frac{b}{\sin130°}.

a=6sin⁡15°sin⁡35°=6×0,25880,5736≈2,71.a = \frac{6\sin15°}{\sin35°} = \frac{6 \times 0{,}2588}{0{,}5736} \approx \mathbf{2{,}71}.

b=6sin⁡130°sin⁡35°=6×0,76600,5736≈8,01.b = \frac{6\sin130°}{\sin35°} = \frac{6 \times 0{,}7660}{0{,}5736} \approx \mathbf{8{,}01}.

Tính diện tích:

S=12⋅b⋅c⋅sin⁡A=12×8,01×6×sin⁡15°≈12×48,06×0,2588≈6,22.S = \frac{1}{2} \cdot b \cdot c \cdot \sin A = \frac{1}{2} \times 8{,}01 \times 6 \times \sin15° \approx \frac{1}{2} \times 48{,}06 \times 0{,}2588 \approx \mathbf{6{,}22}.

Kết quả: C=35°C = 35°; a≈2,71a \approx 2{,}71; b≈8,01b \approx 8{,}01; S≈6,22S \approx 6{,}22.


Bài 3.8. Trên nóc một căn nhà có cột ăng-ten cao 55 m. Từ một điểm AA trên mặt đất cách chân nhà 77 m, ta đo được góc nhìn lên đỉnh cột là B=40°B = 40° (so với phương nằm ngang). Tính chiều cao của ngôi nhà.

Lời giải:

Gọi hh là chiều cao ngôi nhà (m), cột ăng-ten cao 55 m.

Từ điểm AA cách nhà 77 m theo phương ngang:

tan⁡θ=h7  ⇒  h=7tan⁡θ.\tan\theta = \frac{h}{7} \;\Rightarrow\; h = 7\tan\theta.

Góc nhìn đến đỉnh cột: tan⁡(40°)=h+57\tan(40°) = \dfrac{h+5}{7}, nên h+5=7tan⁡40°≈7×0,839=5,87h + 5 = 7\tan40° \approx 7 \times 0{,}839 = 5{,}87.

h=5,87−5=0,87 m.h = 5{,}87 - 5 = \mathbf{0{,}87 \text{ m}}.

(Trong bài toán cụ thể, giá trị h phụ thuộc vào các số liệu đo được; quy trình giải như trên.)


Bài 3.9. Trên mỗi đỉnh tổ ong, ba cạnh cùng xuất phát từ một điểm. Hai cạnh OAOA và OBOB tạo thành góc ∠AOB\angle AOB. Biết OA=4OA = 4 m, OB=5OB = 5 m, AB=6AB = 6 m. Tính ∠AOB\angle AOB.

Lời giải:

Áp dụng định lý cosin:

AB2=OA2+OB2−2⋅OA⋅OB⋅cos⁡(∠AOB).AB^2 = OA^2 + OB^2 - 2 \cdot OA \cdot OB \cdot \cos(\angle AOB).

36=16+25−40cos⁡(∠AOB)  ⇒  40cos⁡(∠AOB)=5  ⇒  cos⁡(∠AOB)=18.36 = 16 + 25 - 40\cos(\angle AOB) \;\Rightarrow\; 40\cos(\angle AOB) = 5 \;\Rightarrow\; \cos(\angle AOB) = \frac{1}{8}.

∠AOB=arccos⁡18≈82,8°.\angle AOB = \arccos\frac{1}{8} \approx \mathbf{82{,}8°}.


Bài 3.10. Đài truyền hình Vũng Tàu, Quảng Bình và Hà Long tạo thành tam giác ABCABC với AB=450AB = 450 km, BC=350BC = 350 km, AC=400AC = 400 km. Tính các góc của tam giác.

Lời giải:

Đặt a=BC=350a = BC = 350, b=AC=400b = AC = 400, c=AB=450c = AB = 450.

cos⁡A=b2+c2−a22bc=160000+202500−1225002×400×450=240000360000=23≈0,667.\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} = \frac{160000+202500-122500}{2 \times 400 \times 450} = \frac{240000}{360000} = \frac{2}{3} \approx 0{,}667.

A≈48,2°.A \approx 48{,}2°.

cos⁡B=a2+c2−b22ac=122500+202500−1600002×350×450=165000315000=1121≈0,524.\cos B = \frac{a^2+c^2-b^2}{2ac} = \frac{122500+202500-160000}{2 \times 350 \times 450} = \frac{165000}{315000} = \frac{11}{21} \approx 0{,}524.

B≈58,4°.B \approx 58{,}4°.

C=180°−48,2°−58,4°≈73,4°.C = 180° - 48{,}2° - 58{,}4° \approx \mathbf{73{,}4°}.

Kết quả: A≈48,2°A \approx 48{,}2°, B≈58,4°B \approx 58{,}4°, C≈73,4°C \approx 73{,}4°.


Bài 3.11. Từ địa điểm AA, hai người quan sát một đỉnh núi HH. Người thứ nhất đứng tại A(0; 0)A(0;\,0) thấy đỉnh núi theo hướng Đông Bắc 45°45° ở khoảng cách d1d_1. Người thứ hai đứng tại BB (cách AA là 1010 km về phía Đông) thấy đỉnh núi theo hướng Bắc 70°70° về phía tây. Tính khoảng cách từ AA đến đỉnh núi HH.

Lời giải:

Dựng hình tọa độ. Từ các hướng quan sát, góc ∠HAB=45°\angle HAB = 45° và góc ∠ABH=180°−70°=110°\angle ABH = 180° - 70° = 110° (góc trong tam giác).

Trong tam giác ABHABH:

∠AHB=180°−45°−110°=25°.\angle AHB = 180° - 45° - 110° = 25°.

Theo định lý sin:

AHsin⁡(∠ABH)=ABsin⁡(∠AHB).\frac{AH}{\sin(\angle ABH)} = \frac{AB}{\sin(\angle AHB)}.

AH=10sin⁡110°sin⁡25°=10×0,93970,4226≈22,2 km.AH = \frac{10\sin110°}{\sin25°} = \frac{10 \times 0{,}9397}{0{,}4226} \approx \mathbf{22{,}2 \text{ km}}.