Luyện tập chung
Ví dụ 1. Cho hai đường tròn và cắt nhau tại và . Gọi là điểm đối xứng với qua , là điểm đối xứng với qua .
a) Chứng minh rằng , và ba điểm , , thẳng hàng.
b) Chứng minh rằng đường thẳng tiếp xúc với đường tròn đường kính .
Lời giải:
a) Vì đối xứng với qua nên , do đó ; tương tự nên .
là đường kính của và nên trung tuyến của tam giác bằng , suy ra tam giác vuông tại , tức .
Tương tự, là đường kính của nên .
Qua điểm chỉ có một đường thẳng vuông góc với , vậy , , thẳng hàng.
b) Gọi là trung điểm của — tâm của đường tròn đường kính , bán kính .
Đường thẳng đi qua (theo câu a) và tại , tức vuông góc với bán kính tại điểm thuộc đường tròn đường kính .
Theo dấu hiệu nhận biết tiếp tuyến, tiếp xúc với đường tròn đường kính tại .
Ví dụ 2. Cho hai đường tròn ngoài nhau và với . Đường thẳng tiếp xúc với tại và tiếp xúc với tại , và nằm cùng phía đối với ; cắt đường thẳng tại .
a) Chứng minh rằng .
b) Gọi là điểm đối xứng với qua . Chứng minh rằng đường thẳng tiếp xúc với và với .
Lời giải:
a) Theo tính chất tiếp tuyến: và , suy ra .
Trong tam giác , vì nên theo định lí Thalès:
b) Xét phép đối xứng qua trục : phép đối xứng này giữ nguyên các điểm , , (đều nằm trên trục) và biến thành , do đó biến đường thẳng (chính là ) thành đường thẳng .
Phép đối xứng trục bảo toàn khoảng cách, nên:
- Khoảng cách từ đến bằng khoảng cách từ đến , bằng → tiếp xúc với ;
- Khoảng cách từ đến bằng khoảng cách từ đến , bằng → tiếp xúc với .
Bài tập
Bài 5.28. Cho hai đường thẳng và song song, điểm nằm giữa hai đường thẳng, cách một khoảng cm và cách một khoảng cm.
a) Bán kính của đường tròn phải thoả mãn điều kiện gì để cắt cả hai đường thẳng và ?
b) Biết đường tròn tiếp xúc với đường thẳng . Xác định vị trí tương đối của và đường thẳng .
Lời giải:
a) Đường tròn cắt một đường thẳng khi bán kính lớn hơn khoảng cách từ tâm đến đường thẳng đó. Để cắt cả (cách cm) và (cách cm), cần:
b) tiếp xúc với nên cm. Khi đó = khoảng cách từ đến , vậy đường tròn không giao với đường thẳng .
Bài 5.29. Đầu kim dài của đồng hồ vạch nên đường tròn bán kính , đầu kim ngắn vạch nên bán kính ().
a) Hai đường tròn và có vị trí tương đối như thế nào?
b) Vẽ họa tiết hình tròn có tâm cách trục kim một khoảng và bán kính . Cho biết vị trí tương đối của đối với và , với cm, cm.
Lời giải:
a) Hai kim quay quanh cùng một trục nên và là hai đường tròn đồng tâm; vì nên đựng .
b) Với , : đường tròn có tâm cách tâm chung một khoảng cm và bán kính cm.
- với : → đựng .
- với : → và cắt nhau.
Bài 5.30. Cho đường tròn đường kính , tiếp tuyến tại và tiếp tuyến tại . Tiếp tuyến thứ ba tại điểm ( khác , ) cắt tại và cắt tại .
a) Chứng minh rằng .
b) Đường thẳng qua vuông góc với cắt tại . Chứng minh là trung điểm của .
c) Chứng minh rằng tiếp xúc với đường tròn đường kính .
Lời giải:
a) và là hai tiếp tuyến cắt nhau tại nên ; tương tự . Do đó:
b) Ta có , và , nên , tức là hình thang với hai đáy , .
Đường thẳng đi qua trung điểm của cạnh bên và song song với hai đáy, nên nó cắt cạnh bên còn lại tại trung điểm — vậy là trung điểm của .
c) là đường trung bình của hình thang :
Đường tròn đường kính có tâm và bán kính . Khoảng cách từ đến chính là (vì ), bằng = bán kính.
Vậy tiếp xúc với đường tròn đường kính (tại điểm ).
Bài 5.31. Cho hai đường tròn và tiếp xúc ngoài với nhau tại và cùng tiếp xúc với đường thẳng tại và (khác ), trong đó , . Tiếp tuyến của tại cắt tại . Chứng minh rằng:
a) Đường thẳng tiếp xúc với ;
b) Điểm là trung điểm của đoạn , từ đó suy ra là tam giác vuông.
Lời giải:
a) Vì hai đường tròn tiếp xúc ngoài tại nên , , thẳng hàng.
là tiếp tuyến của tại nên , suy ra (vì nằm trên đường thẳng ).
đi qua điểm và vuông góc với bán kính , vậy là tiếp tuyến của .
b) và là hai tiếp tuyến của cắt nhau tại → .
và là hai tiếp tuyến của cắt nhau tại → .
Suy ra , tức là trung điểm của .
Trong tam giác , trung tuyến (bằng nửa cạnh ), nên tam giác vuông tại .
Em có biết? — Vẽ chắp nối trơn
Hai kết luận cơ bản của chắp nối trơn:
Đoạn thẳng chắp nối trơn với cung tròn khi đoạn thẳng nằm trên tiếp tuyến của đường tròn tại điểm chắp nối.
Hai cung tròn chắp nối trơn với nhau khi hai đường tròn chứa chúng tiếp xúc nhau tại điểm chắp nối.
Trong hình "trái xoan": tâm của hai cung liên tiếp luôn thẳng hàng với điểm chắp nối (ví dụ , , thẳng hàng), nên hai đường tròn chứa hai cung tiếp xúc nhau tại điểm chắp nối — vì vậy các cung được chắp nối trơn, đường viền không bị "gãy". Điều tương tự đúng cho cả bốn điểm chắp nối , , , của hình.