Giải SGK Toán 8 Kết nối tri thức Bài 13: Hình chữ nhật

Mở đầu: Hai thanh tre thẳng dàibằng nhau, được gắn với nhau tại trung điểm của mỗi thanh. Khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác (H.3.40) thì tứ giác đó là hình gì? Tại sao?

Lời giải:

Hai đầu mút của hai thanh tre tạo thành bốn đỉnh của tứ giác.

Tứ giác đó có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên tứ giác đó là hình chữ nhật.

Vậy khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác thì tứ giác đó là hình chữ nhật.

1. Hình chữ nhật

Hoạt động 1: Trong các hình dưới đây, hình nào là hình chữ nhật? Tại sao?

Lời giải:

- Hình b) là hình chữ nhật bởi có 4 góc vuông

Hoạt động 2: Hình chữ nhật có là hình bình hành không, có là hình thang cân không? Tại sao?

Lời giải:

Ta đặt hình chữ nhật ABCD như hình vẽ.

Vì ABCD là hình chữ nhật $\hat{A}=\hat{B}=\hat{C}=\hat{D}=90°$.

Ta có: AB ⊥ AD; AB ⊥ BC suy ra AD // BC.

AB ⊥ AD; CD ⊥ AD suy ra AB // CD.

• Vì ABCD là hình chữ nhật nên AD // BC; AB // CD

Suy ra ABCD cũng là hình bình hành.

• Vì ABCD là hình chữ nhật nên AB // CD suy ra ABCD cũng là hình thang.

Hình thang ABCD có $\hat{C}=\hat{D}=90°$.

Do đó ABCD cũng là hình thang cân.

Luyện tập 1: Cho hình chữ nhật ABCD. Hai đường chéo AC, BD cắt nhau tại O. Kẻ OH ⊥ DC (H ∈ DC)(H.3.44). Chứng minh rằng H là trung điểm của DC.

Lời giải:

Xét tam giác vuông OHD và OHC ta có:

OD = OC

OH chung

Suy ra ΔOHD=ΔOHC (ch - cgv) ⇒HD=HC

Vậy H là trung điểm của DC

2. Dấu hiệu nhận biết

Hoạt động 3: Cho hình bình hành ABCD có góc A vuông. Tính các góc B, C, D. Tứ giác ABCD có là hình chữ nhật không? Vì sao?

Lời giải:

Vì ABCD là hình bình hành nên $\hat{A}=\hat{C};\hat{B}=\hat{D}$.

Suy ra $\hat{C}=\hat{A}=90°$.

Ta có $\hat{A}+\hat{B}+\hat{C}+\hat{D}=360°$.

$90°+\hat{B}+90°+\hat{B}=360°$

$2\hat{B}+180°=360°$

Suy ra $2\hat{B}=360°-180°=180°$ , do đó $\hat{B}=90°$

Mà $\hat{B}=\hat{D}$ nên $\hat{B}=\hat{D}$=90o.

Hình bình hành ABCD có $\hat{A}=\hat{B}=\hat{C}=\hat{D}=90°$ nên là hình chữ nhật.

Luyện tập 2: Cho tứ giác ABCD có $\hat{A}=90°,$ hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đường. Hỏi tứ giác ABCD là hình gì? Tại sao?

Lời giải:

Tứ giác ABCD có hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm O của mỗi đường suy ra ABCD là hình bình hành.

Xét hình bình hành ABCD có:  Aˆ=90∘ suy ra ABCD là hình chữ nhật.

Vận dụng: Hãy trả lời các câu hỏi trong tình huống mở đầu.

Hai thanh tre thẳng dàibằng nhau, được gắn với nhau tại trung điểm của mỗi thanh. Khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác (H.3.40) thì tứ giác đó là hình gì? Tại sao?

Lời giải:

Hai đầu mút của hai thanh tre tạo thành bốn đỉnh của tứ giác.

Tứ giác đó có hai đường chéo bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên tứ giác đó là hình chữ nhật.

Vậy khi các đầu mút của hai thanh tre đó tạo thành bốn đỉnh của một tứ giác thì tứ giác đó là hình chữ nhật.

Bài tập

Bài 3.25: Bằng ê ke, nêu cách kiểm tra một tứ giác có là hình chữ nhật hay không. Hãy giải thích kết quả.

Lời giải:

- Dùng ê ke để kiểm tra các góc của hình tứ giác có phải góc vuông hay không, nếu tất cả các góc đều là góc vuông thì tứ giác đó là hình chữ nhật (theo định nghĩa hình chữ nhật là tứ giác có 4 góc vuông).

Bài 3.26: Bằng compa, nêu cách kiểm tra một tứ giác có là hình chữ nhật hay không. Giải thích kết quả.

Lời giải:

Ta kiểm tra xem các cặp đối của tứ giác:

• Nếu các cặp cạnh đối không bằng nhau thì tứ giác đó không là hình bình hành nên cũng không là hình chữ nhật.

• Nếu các cặp cạnh đối bằng nhau thì tứ giác đó là hình bình hành.

Sau đó ta kiểm tra xem hai đường chéo của tứ giác (là hình bình hành) đó.

• Nếu hai đường chéo của hình bình hành đó bằng nhau thì tứ giác đó là hình chữ nhật.

• Nếu hai đường chéo của hình bình hành đó không bằng nhau thì tứ giác đó không là hình chữ nhật.

Bài 3.27: Cho tam giác ABC, đường cao AH. Gọi M là trung điểm của AC, N là điểm sao cho M là trung điểm của HN. Chứng minh tứ giác AHCN là hình chữ nhật.

Lời giải:

Có AC và BN là hai đường chéo của tứ giác AHCN

Mà :

MA = MC ( M là trung điểm AC)

HM = NM ( M là trung điểm HN )

Nên AHCN là hình bình hành có Hˆ=90∘ ( do AH là đường cao ) vậy  AHCN là hình chữ nhật.

Bài 3.28: Xét một điểm M trên cạnh huyền của tam giác ABC vuông cân tại A. Gọi N và P lần lượt là hình chiếu vuông góc của M trên các cạnh AB và AC.

a) Hỏi tứ giác MPAN là hình gì?

b) Hỏi M ở vị trí nào thì đoạn thẳng NP có độ dài ngắn nhất? Vì sao?

Lời giải:

a) Tứ giác MPAN có: ${\mathrm{NAP^\backslash widehat\{NAP\}NAP}}^{}+{\mathrm{APM^\backslash widehat\{APM\}APM}}^{}+{\mathrm{PMN^\backslash widehat\{PMN\}PMN}}^{}+{\mathrm{MNA^\backslash widehat\{MNA\}MNA}}^{}=360°$

$90°+90°+{\mathrm{PMN^\backslash widehat\{PMN\}PMN}}^{}+90°=360°$

${\mathrm{PMN^\backslash widehat\{PMN\}PMN}}^{}+270°=360°$

Suy ra ${\mathrm{PMN^\backslash widehat\{PMN\}PMN}}^{}=360°-270°=90°$ .

Tứ giác MPAN có: ${\mathrm{NAP^\backslash widehat\{NAP\}NAP}}^{}={\mathrm{APM^\backslash widehat\{APM\}APM}}^{}={\mathrm{PMN^\backslash widehat\{PMN\}PMN}}^{}={\mathrm{MNA^\backslash widehat\{MNA\}MNA}}^{}=90°$ .

Do đó tứ giác MPAN là hình chữ nhật.

b) Vì tứ giác MPAN là hình chữ nhật có hai đường chéo AM và NP nên AM = NP.

Để đoạn thẳng NP có độ dài ngắn nhất thì AM có độ dài ngắn nhất.

Khi đó, AM là đường vuông góc kẻ từ A đến đoạn thẳng BC hay AM là đường cao của tam giác ABC.

Mà tam giác ABC vuông cân tại A nên AM cũng là đường trung tuyến.

Do đó M là trung điểm của BC.

Vậy M là trung điểm của đoạn thẳng BC thì đoạn thẳng NP có độ dài ngắn nhất.