Luyện tập chung

Ví dụ 1. Cho hai đường tròn (O;R)(O; R)(O;R)(O'; R') cắt nhau tại AABB. Gọi MM là điểm đối xứng với AA qua OO, NN là điểm đối xứng với AA qua OO'.

a) Chứng minh rằng M(O)M \in (O), N(O)N \in (O') và ba điểm MM, BB, NN thẳng hàng.

b) Chứng minh rằng đường thẳng MNMN tiếp xúc với đường tròn đường kính ABAB.

Lời giải:

a) Vì MM đối xứng với AA qua OO nên OM=OA=ROM = OA = R, do đó M(O)M \in (O); tương tự ON=OA=RO'N = O'A = R' nên N(O)N \in (O').

AMAM là đường kính của (O)(O)B(O)B \in (O) nên trung tuyến BOBO của tam giác ABMABM bằng AM2\dfrac{AM}{2}, suy ra tam giác ABMABM vuông tại BB, tức MBABMB \perp AB.

Tương tự, ANAN là đường kính của (O)(O') nên NBABNB \perp AB.

Qua điểm BB chỉ có một đường thẳng vuông góc với ABAB, vậy MM, BB, NN thẳng hàng. \blacksquare

b) Gọi II là trung điểm của ABAB — tâm của đường tròn đường kính ABAB, bán kính IB=AB2IB = \dfrac{AB}{2}.

Đường thẳng MNMN đi qua BB (theo câu a) và MNABMN \perp AB tại BB, tức MNMN vuông góc với bán kính IBIB tại điểm BB thuộc đường tròn đường kính ABAB.

Theo dấu hiệu nhận biết tiếp tuyến, MNMN tiếp xúc với đường tròn đường kính ABAB tại BB. \blacksquare


Ví dụ 2. Cho hai đường tròn ngoài nhau (O;R)(O; R)(O;R)(O'; R') với R>RR > R'. Đường thẳng dd tiếp xúc với (O)(O) tại AA và tiếp xúc với (O)(O') tại BB, OOOO' nằm cùng phía đối với dd; dd cắt đường thẳng OOOO' tại PP.

a) Chứng minh rằng POR=POR\dfrac{PO}{R} = \dfrac{PO'}{R'}.

b) Gọi AA' là điểm đối xứng với AA qua OOOO'. Chứng minh rằng đường thẳng PAPA' tiếp xúc với (O)(O) và với (O)(O').

Lời giải:

a) Theo tính chất tiếp tuyến: OAdOA \perp dOBdO'B \perp d, suy ra OAOBOA \parallel O'B.

Trong tam giác PAOPAO, vì OBOAO'B \parallel OA nên theo định lí Thalès:

POPO=OBOA=RR    POR=POR.\frac{PO'}{PO} = \frac{O'B}{OA} = \frac{R'}{R} \implies \frac{PO}{R} = \frac{PO'}{R'}. \qquad \blacksquare

b) Xét phép đối xứng qua trục OOOO': phép đối xứng này giữ nguyên các điểm OO, OO', PP (đều nằm trên trục) và biến AA thành AA', do đó biến đường thẳng PAPA (chính là dd) thành đường thẳng PAPA'.

Phép đối xứng trục bảo toàn khoảng cách, nên:

  • Khoảng cách từ OO đến PAPA' bằng khoảng cách từ OO đến dd, bằng RRPAPA' tiếp xúc với (O)(O);
  • Khoảng cách từ OO' đến PAPA' bằng khoảng cách từ OO' đến dd, bằng RR'PAPA' tiếp xúc với (O)(O'). \blacksquare

Bài tập

Bài 5.28. Cho hai đường thẳng aabb song song, điểm OO nằm giữa hai đường thẳng, cách aa một khoảng 22 cm và cách bb một khoảng 33 cm.

a) Bán kính RR của đường tròn (O;R)(O; R) phải thoả mãn điều kiện gì để (O;R)(O; R) cắt cả hai đường thẳng aabb?

b) Biết đường tròn (O;R)(O; R) tiếp xúc với đường thẳng aa. Xác định vị trí tương đối của (O;R)(O; R) và đường thẳng bb.

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 aa (cách 22 cm) và bb (cách 33 cm), cần:

R>2 vaˋ R>3    R>3 (cm).R > 2 \text{ và } R > 3 \iff R > 3 \text{ (cm)}.

b) (O;R)(O; R) tiếp xúc với aa nên R=2R = 2 cm. Khi đó R=2<3R = 2 < 3 = khoảng cách từ OO đến bb, vậy đường tròn (O;2 cm)(O; 2\text{ cm}) không giao với đường thẳng bb.


Bài 5.29. Đầu kim dài của đồng hồ vạch nên đường tròn (T1)(T_1) bán kính R1R_1, đầu kim ngắn vạch nên (T2)(T_2) bán kính R2R_2 (R1>R2R_1 > R_2).

a) Hai đường tròn (T1)(T_1)(T2)(T_2) có vị trí tương đối như thế nào?

b) Vẽ họa tiết hình tròn (T3)(T_3) có tâm cách trục kim một khoảng 12R1\dfrac{1}{2}R_1 và bán kính 12R2\dfrac{1}{2}R_2. Cho biết vị trí tương đối của (T3)(T_3) đối với (T1)(T_1)(T2)(T_2), với R1=3R_1 = 3 cm, R2=2R_2 = 2 cm.

Lời giải:

a) Hai kim quay quanh cùng một trục nên (T1)(T_1)(T2)(T_2) là hai đường tròn đồng tâm; vì R1>R2R_1 > R_2 nên (T1)(T_1) đựng (T2)(T_2).

b) Với R1=3R_1 = 3, R2=2R_2 = 2: đường tròn (T3)(T_3) có tâm cách tâm chung một khoảng d=32=1,5d = \dfrac{3}{2} = 1{,}5 cm và bán kính r=1r = 1 cm.

  • (T3)(T_3) với (T1)(T_1): R1r=31=2>1,5=dR_1 - r = 3 - 1 = 2 > 1{,}5 = d(T1)(T_1) đựng (T3)(T_3).
  • (T3)(T_3) với (T2)(T_2): R2r=1<1,5<3=R2+r|R_2 - r| = 1 < 1{,}5 < 3 = R_2 + r(T3)(T_3)(T2)(T_2) cắt nhau.

Bài 5.30. Cho đường tròn (O)(O) đường kính ABAB, tiếp tuyến xxxx' tại AA và tiếp tuyến yyyy' tại BB. Tiếp tuyến thứ ba tại điểm PP (PP khác AA, BB) cắt xxxx' tại MM và cắt yyyy' tại NN.

a) Chứng minh rằng MN=MA+NBMN = MA + NB.

b) Đường thẳng qua OO vuông góc với ABAB cắt MNMN tại QQ. Chứng minh QQ là trung điểm của MNMN.

c) Chứng minh rằng ABAB tiếp xúc với đường tròn đường kính MNMN.

Lời giải:

a) MAMAMPMP là hai tiếp tuyến cắt nhau tại MM nên MA=MPMA = MP; tương tự NB=NPNB = NP. Do đó:

MN=MP+PN=MA+NB.MN = MP + PN = MA + NB. \qquad \blacksquare

b) Ta có xxABxx' \perp AB, yyAByy' \perp ABOQABOQ \perp AB, nên AMOQBNAM \parallel OQ \parallel BN, tức AMNBAMNB là hình thang với hai đáy AMAM, BNBN.

Đường thẳng OQOQ đi qua trung điểm OO của cạnh bên ABAB và song song với hai đáy, nên nó cắt cạnh bên còn lại MNMN tại trung điểm — vậy QQ là trung điểm của MNMN. \blacksquare

c) OQOQ là đường trung bình của hình thang AMNBAMNB:

OQ=AM+BN2=MP+PN2=MN2.OQ = \frac{AM + BN}{2} = \frac{MP + PN}{2} = \frac{MN}{2}.

Đường tròn đường kính MNMN có tâm QQ và bán kính MN2\dfrac{MN}{2}. Khoảng cách từ QQ đến ABAB chính là QOQO (vì QOABQO \perp AB), bằng MN2\dfrac{MN}{2} = bán kính.

Vậy ABAB tiếp xúc với đường tròn đường kính MNMN (tại điểm OO). \blacksquare


Bài 5.31. Cho hai đường tròn (O)(O)(O)(O') tiếp xúc ngoài với nhau tại AA và cùng tiếp xúc với đường thẳng dd tại BBCC (khác AA), trong đó B(O)B \in (O), C(O)C \in (O'). Tiếp tuyến của (O)(O) tại AA cắt BCBC tại MM. Chứng minh rằng:

a) Đường thẳng MAMA tiếp xúc với (O)(O');

b) Điểm MM là trung điểm của đoạn BCBC, từ đó suy ra ABCABC là tam giác vuông.

Lời giải:

a) Vì hai đường tròn tiếp xúc ngoài tại AA nên OO, AA, OO' thẳng hàng.

MAMA là tiếp tuyến của (O)(O) tại AA nên MAOAMA \perp OA, suy ra MAOAMA \perp O'A (vì OAO'A nằm trên đường thẳng OAOA).

MAMA đi qua điểm A(O)A \in (O') và vuông góc với bán kính OAO'A, vậy MAMA là tiếp tuyến của (O)(O'). \blacksquare

b) MBMBMAMA là hai tiếp tuyến của (O)(O) cắt nhau tại MMMB=MAMB = MA.

MCMCMAMA là hai tiếp tuyến của (O)(O') cắt nhau tại MMMC=MAMC = MA.

Suy ra MB=MCMB = MC, tức MMtrung điểm của BCBC.

Trong tam giác ABCABC, trung tuyến AM=MB=BC2AM = MB = \dfrac{BC}{2} (bằng nửa cạnh BCBC), nên tam giác ABCABC vuông tại AA. \blacksquare


Em có biết? — Vẽ chắp nối trơn

Hai kết luận cơ bản của chắp nối trơn:

  1. Đoạn thẳng chắp nối trơn với cung tròn khi đoạn thẳng nằm trên tiếp tuyến của đường tròn tại điểm chắp nối.

  2. 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 KK, BB, FF 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 AA, BB, CC, DD của hình.