Lemonmath
English

Một số hệ thức giữa cạnh, góc trong tam giác vuông và ứng dụng

Bài 4.2 · 20 phút đọc · Cập nhật

Bạn Minh đứng cách chân cột cờ của trường 1515 m. Minh nhìn lên đỉnh cột cờ theo một tia hợp với phương nằm ngang góc 35∘35^\circ, mắt Minh cách mặt đất 1,51{,}5 m. Không cần trèo lên, làm sao biết cột cờ cao bao nhiêu mét?

Trong tam giác vuông tạo bởi mắt Minh, đỉnh cột và một điểm trên cột ngang tầm mắt, ta biết một cạnh (1515 m) và một góc (35∘35^\circ). Bài này cho ta cách tính các cạnh còn lại.

Hệ thức giữa cạnh và góc

Cho tam giác ABCABC vuông tại AA, với BC=aBC=a, CA=bCA=b, AB=cAB=c.

abcABC
Tam giác vuông ABCABC với các cạnh aa, bb, cc

Khám phá

Từ định nghĩa, sin⁡B=ba\sin B=\dfrac{b}{a}. Nhân hai vế với aa ta được b=asin⁡Bb=a\sin B. Chẳng hạn, nếu a=10a=10 và B^=30∘\widehat{B}=30^\circ thì b=10⋅12=5b=10\cdot\dfrac12=5. Làm tương tự với các tỉ số khác, ta được bốn hệ thức.

Vì sao? Mỗi đẳng thức chỉ là định nghĩa viết lại. Ví dụ cos⁡C=ba\cos C=\dfrac{b}{a} (cạnh kề của góc CC là bb), nên b=acos⁡Cb=a\cos C; tan⁡B=bc\tan B=\dfrac bc, nên b=ctan⁡Bb=c\tan B.

Khi biết một cạnh góc vuông, ta dùng tang hoặc côtang.

Giải tam giác vuông

Giải tam giác vuông là tìm tất cả các cạnh và góc còn lại khi biết hai yếu tố, trong đó có ít nhất một cạnh. Ta dùng ba công cụ: định lí Pythagore, B^+C^=90∘\widehat{B}+\widehat{C}=90^\circ, và các hệ thức ở trên.

Ứng dụng: đo chiều cao và khoảng cách

Khi nhìn lên một vật, góc giữa tia nhìn và phương nằm ngang gọi là góc nâng. Khi nhìn xuống, góc đó gọi là góc hạ. Ta dựng một tam giác vuông có một cạnh nằm ngang, rồi dùng hệ thức.

15 m35°GMKFD
Đo chiều cao cột cờ

Thuật ngữ

Tóm tắt

  • Tam giác ABCABC vuông tại AA: b=asin⁡B=acos⁡Cb=a\sin B=a\cos C, c=asin⁡C=acos⁡Bc=a\sin C=a\cos B.
  • b=ctan⁡B=ccot⁡Cb=c\tan B=c\cot C, c=btan⁡C=bcot⁡Bc=b\tan C=b\cot B.
  • Giải tam giác vuông: Pythagore, B^+C^=90∘\widehat B+\widehat C=90^\circ, các hệ thức; cần biết ít nhất một cạnh.
  • Bài thực tế: vẽ hình, tìm tam giác vuông, chọn tỉ số, làm tròn ở bước cuối.

Luyện tập

Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.

Bài 1

Cho tam giác ABCABC vuông tại AA có BC=8BC=8 cm, C^=30∘\widehat{C}=30^\circ. Tính ABAB và ACAC.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: c=asin⁡Cc=a\sin C, b=acos⁡Cb=a\cos C; sin⁡30∘=12\sin30^\circ=\dfrac12, cos⁡30∘=32\cos30^\circ=\dfrac{\sqrt3}2.

Gợi ý các bước:

  1. ABAB đối diện góc CC.
  2. ACAC kề góc CC.
Xem lời giải

Xét tam giác ABCABC vuông tại AA, ta có AB=BCsin⁡C=8sin⁡30∘=4AB=BC\sin C=8\sin30^\circ=4 (cm) và AC=BCcos⁡C=8cos⁡30∘=43≈6,93AC=BC\cos C=8\cos30^\circ=4\sqrt3\approx6{,}93 (cm).

Đáp số. AB=4AB=4 cm, AC=43≈6,93AC=4\sqrt3\approx6{,}93 cm.

Bài 2

Cho tam giác ABCABC vuông tại AA có AC=10AC=10 cm, C^=42∘\widehat{C}=42^\circ. Tính ABAB và BCBC (làm tròn đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: c=btan⁡Cc=b\tan C; b=acos⁡C⇒a=bcos⁡Cb=a\cos C\Rightarrow a=\dfrac{b}{\cos C}.

Gợi ý các bước:

  1. AB=ACtan⁡CAB=AC\tan C.
  2. BC=ACcos⁡CBC=\dfrac{AC}{\cos C}.
Xem lời giải

Xét tam giác ABCABC vuông tại AA, ta có AB=ACtan⁡C=10tan⁡42∘≈9,00AB=AC\tan C=10\tan42^\circ\approx9{,}00 (cm). Vì AC=BCcos⁡CAC=BC\cos C nên BC=ACcos⁡C=10cos⁡42∘≈13,46BC=\dfrac{AC}{\cos C}=\dfrac{10}{\cos42^\circ}\approx13{,}46 (cm).

Đáp số. AB≈9,00AB\approx9{,}00 cm, BC≈13,46BC\approx13{,}46 cm.

Bài 3

Giải tam giác ABCABC vuông tại AA, biết AB=9AB=9 cm, BC=15BC=15 cm (góc làm tròn đến độ).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: định lí Pythagore; sin⁡C=ABBC\sin C=\dfrac{AB}{BC}.

Gợi ý các bước:

  1. Tính ACAC.
  2. Tính góc CC, rồi góc B=90∘−C^B=90^\circ-\widehat C.
Xem lời giải

Xét tam giác ABCABC vuông tại AA, ta có AC=BC2−AB2=225−81=12AC=\sqrt{BC^2-AB^2}=\sqrt{225-81}=12 (cm) (định lí Pythagore). Ta có sin⁡C=ABBC=915=0,6\sin C=\dfrac{AB}{BC}=\dfrac9{15}=0{,}6, suy ra C^≈37∘\widehat{C}\approx37^\circ. Do đó B^≈90∘−37∘=53∘\widehat{B}\approx90^\circ-37^\circ=53^\circ.

Đáp số. AC=12AC=12 cm, C^≈37∘\widehat{C}\approx37^\circ, B^≈53∘\widehat{B}\approx53^\circ.

Bài 4

Giải tam giác ABCABC vuông tại AA, biết AC=4AC=4 cm, B^=50∘\widehat{B}=50^\circ (cạnh làm tròn đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: c=bcot⁡Bc=b\cot B; b=asin⁡Bb=a\sin B.

Gợi ý các bước:

  1. C^=90∘−50∘\widehat C=90^\circ-50^\circ.
  2. AB=ACcot⁡B=ACtan⁡BAB=AC\cot B=\dfrac{AC}{\tan B}; BC=ACsin⁡BBC=\dfrac{AC}{\sin B}.
Xem lời giải

Xét tam giác ABCABC vuông tại AA, ta có C^=90∘−50∘=40∘\widehat{C}=90^\circ-50^\circ=40^\circ. Vì AC=ABtan⁡BAC=AB\tan B nên AB=ACtan⁡B=4tan⁡50∘≈3,36AB=\dfrac{AC}{\tan B}=\dfrac{4}{\tan50^\circ}\approx3{,}36 (cm). Vì AC=BCsin⁡BAC=BC\sin B nên BC=ACsin⁡B=4sin⁡50∘≈5,22BC=\dfrac{AC}{\sin B}=\dfrac{4}{\sin50^\circ}\approx5{,}22 (cm).

Đáp số. C^=40∘\widehat{C}=40^\circ, AB≈3,36AB\approx3{,}36 cm, BC≈5,22BC\approx5{,}22 cm.

Bài 5

Cho tam giác ABCABC vuông tại AA có AB=23AB=2\sqrt3 cm, B^=60∘\widehat{B}=60^\circ. Tính chính xác ACAC và BCBC.

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: tan⁡60∘=3\tan60^\circ=\sqrt3, cos⁡60∘=12\cos60^\circ=\dfrac12 (xem tỉ số lượng giác của góc nhọn).

Gợi ý các bước:

  1. AC=ABtan⁡BAC=AB\tan B.
  2. BC=ABcos⁡BBC=\dfrac{AB}{\cos B}.
Xem lời giải

Xét tam giác ABCABC vuông tại AA, ta có AC=ABtan⁡B=23⋅3=6AC=AB\tan B=2\sqrt3\cdot\sqrt3=6 (cm). Vì AB=BCcos⁡BAB=BC\cos B nên BC=ABcos⁡B=231/2=43BC=\dfrac{AB}{\cos B}=\dfrac{2\sqrt3}{1/2}=4\sqrt3 (cm).

Đáp số. AC=6AC=6 cm, BC=43BC=4\sqrt3 cm.

Bài 6

Một chiếc thang dài 66 m dựa vào tường, tạo với mặt đất góc 70∘70^\circ. Chân thang cách tường bao xa, đỉnh thang cao bao nhiêu (làm tròn đến hàng phần trăm)?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: thang là cạnh huyền; khoảng cách đến tường kề góc 70∘70^\circ.

Gợi ý các bước:

  1. Khoảng cách =6cos⁡70∘=6\cos70^\circ.
  2. Độ cao =6sin⁡70∘=6\sin70^\circ.
Xem lời giải

Thang, tường và mặt đất tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền là thang dài 66 m. Khoảng cách từ chân thang đến tường là 6cos⁡70∘≈2,056\cos70^\circ\approx2{,}05 (m). Độ cao của đỉnh thang là 6sin⁡70∘≈5,646\sin70^\circ\approx5{,}64 (m).

Đáp số. Khoảng 2,052{,}05 m và 5,645{,}64 m.

Bài 7

Từ đỉnh một ngọn hải đăng cao 4040 m so với mặt biển, người gác nhìn thấy một chiếc thuyền với góc hạ 12∘12^\circ. Thuyền cách chân hải đăng bao nhiêu mét (làm tròn đến mét)?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: góc hạ bằng góc giữa tia nhìn và mặt biển (hai góc so le trong).

Gợi ý các bước:

  1. Trong tam giác vuông, cạnh 4040 m đối diện góc 12∘12^\circ tại thuyền.
  2. Khoảng cách =40tan⁡12∘=\dfrac{40}{\tan12^\circ}.
Xem lời giải

Gọi dd (m) là khoảng cách từ thuyền đến chân hải đăng. Góc giữa tia nhìn và mặt biển bằng 12∘12^\circ (hai góc so le trong). Trong tam giác vuông tạo bởi hải đăng, mặt biển và tia nhìn, ta có 40=dtan⁡12∘40=d\tan12^\circ, suy ra d=40tan⁡12∘≈188d=\dfrac{40}{\tan12^\circ}\approx188 (m).

Đáp số. Khoảng 188188 m.

Bài 8

Lúc tia nắng tạo với mặt đất góc 52∘52^\circ, một cây có bóng dài 99 m trên mặt đất phẳng. Tính chiều cao của cây (làm tròn đến hàng phần mười).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: chiều cao đối diện góc 52∘52^\circ, bóng kề góc đó.

Gợi ý các bước:

  1. Vẽ tam giác vuông: cây, bóng, tia nắng.
  2. Chiều cao =9tan⁡52∘=9\tan52^\circ.
Xem lời giải

Cây, bóng cây và tia nắng tạo thành một tam giác vuông. Chiều cao của cây là 9tan⁡52∘≈11,59\tan52^\circ\approx11{,}5 (m).

Đáp số. Khoảng 11,511{,}5 m.

Bài 9

Bạn Hà thả diều. Dây diều căng thẳng, dài 5050 m, tạo với phương nằm ngang góc 38∘38^\circ; tay Hà cầm dây ở độ cao 1,21{,}2 m.

a) Diều cao bao nhiêu mét so với mặt đất (làm tròn đến hàng phần mười)?

b) Khoảng cách theo phương ngang từ tay Hà đến điểm ngay dưới diều là bao nhiêu (làm tròn đến hàng phần mười)?

c) Hà thả thêm dây cho dài 6060 m, góc giữ nguyên. Diều lên cao thêm bao nhiêu mét (làm tròn đến hàng phần mười)?

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: dây diều là cạnh huyền; độ cao đối diện góc 38∘38^\circ.

Gợi ý các bước:

  1. Độ cao từ tay: 50sin⁡38∘50\sin38^\circ; cộng 1,21{,}2.
  2. Khoảng ngang: 50cos⁡38∘50\cos38^\circ.
  3. Phần tăng: (60−50)sin⁡38∘(60-50)\sin38^\circ.
Xem lời giải

a) Độ cao của diều so với tay Hà là 50sin⁡38∘≈30,7850\sin38^\circ\approx30{,}78 (m). Do đó độ cao của diều so với mặt đất là khoảng 30,78+1,2≈32,030{,}78+1{,}2\approx32{,}0 (m).

b) Khoảng cách theo phương ngang là 50cos⁡38∘≈39,450\cos38^\circ\approx39{,}4 (m).

c) Diều lên cao thêm 60sin⁡38∘−50sin⁡38∘=10sin⁡38∘≈6,260\sin38^\circ-50\sin38^\circ=10\sin38^\circ\approx6{,}2 (m).

Đáp số. a) 32,032{,}0 m; b) 39,439{,}4 m; c) 6,26{,}2 m.

Bài 10 Thử thách

Hai bạn đứng trên cùng một đường thẳng với chân một toà nhà, ở cùng một phía, cách nhau 2020 m. Bạn đứng gần nhìn đỉnh toà nhà với góc nâng 45∘45^\circ, bạn đứng xa với góc nâng 30∘30^\circ. Tính chiều cao toà nhà (bỏ qua chiều cao của mắt; viết dạng gọn rồi làm tròn đến hàng phần trăm).

Kiến thức và gợi ý cách làm

Kiến thức: khoảng cách đến chân nhà =hcot⁡α=h\cot\alpha; trục căn thức ở mẫu.

Gợi ý các bước:

  1. Gọi hh là chiều cao. Khoảng cách của hai bạn là hcot⁡45∘=hh\cot45^\circ=h và hcot⁡30∘=h3h\cot30^\circ=h\sqrt3.
  2. Lập phương trình h3−h=20h\sqrt3-h=20 và giải.
Xem lời giải

Gọi hh (m) là chiều cao toà nhà (h>0h>0). Khoảng cách từ hai bạn đến chân toà nhà lần lượt là hcot⁡45∘=hh\cot45^\circ=h và hcot⁡30∘=h3h\cot30^\circ=h\sqrt3. Theo đề bài ta có phương trình h3−h=20h\sqrt3-h=20. Suy ra h=203−1=20(3+1)2=10(3+1)≈27,32h=\dfrac{20}{\sqrt3-1}=\dfrac{20\left(\sqrt3+1\right)}{2}=10\left(\sqrt3+1\right)\approx27{,}32 (m) (thoả mãn điều kiện).

Đáp số. 10(3+1)≈27,3210\left(\sqrt3+1\right)\approx27{,}32 m.

Kiểm tra mini

Kiểm tra mini

Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn

Câu 1. Tam giác ABCABC vuông tại AA có BC=aBC=a, CA=bCA=b. Khi đó
Câu 2. Tam giác ABCABC vuông tại AA có AB=cAB=c. Khi đó ACAC bằng
Câu 3. Tam giác ABCABC vuông tại AA có BC=10BC=10, B^=30∘\widehat{B}=30^\circ. Khi đó ACAC bằng
Câu 4. Một cột điện cao 88 m có bóng trên mặt đất dài 838\sqrt3 m. Góc giữa tia nắng và mặt đất là

Phần II. Trắc nghiệm đúng sai

Câu 1. Cho tam giác ABCABC vuông tại AA có AB=6AB=6 cm, C^=30∘\widehat{C}=30^\circ. Xét tính đúng sai của các mệnh đề sau:
a) BC=12BC=12 cm.
b) AC=63AC=6\sqrt3 cm.
c) B^=30∘\widehat{B}=30^\circ.
d) AC=BCsin⁡CAC=BC\sin C.

Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn

Câu 1. Một chiếc thang dài 44 m dựa vào tường, tạo với mặt đất góc 60∘60^\circ. Hỏi đỉnh thang cách mặt đất bao nhiêu mét (làm tròn kết quả đến hàng phần mười)?

Câu 2. Bóng của một toà nhà trên mặt đất dài 2525 m khi tia nắng tạo với mặt đất góc 40∘40^\circ. Hỏi toà nhà cao bao nhiêu mét (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Xem đáp án và giải thích
  1. Phần I, câu 1: A. Vì bb là cạnh góc vuông đối diện góc BB nên b=asin⁡Bb=a\sin B (hoặc b=acos⁡Cb=a\cos C). Phương án B và D nhầm góc đối với góc kề, C dùng tang với cạnh huyền.
  2. Phần I, câu 2: A. Ta có tan⁡B=ACAB\tan B=\dfrac{AC}{AB}, suy ra AC=ctan⁡BAC=c\tan B. Phương án B dùng côtang của góc đối, C và D dùng sin, cos với cạnh góc vuông thay cho cạnh huyền.
  3. Phần I, câu 3: A. Ta có AC=BCsin⁡B=10sin⁡30∘=5AC=BC\sin B=10\sin30^\circ=5. Phương án B là 10cos⁡30∘10\cos30^\circ (cạnh ABAB), D chia cho sin⁡30∘\sin30^\circ thay vì nhân.
  4. Phần I, câu 4: A. Gọi α\alpha là góc cần tìm. Ta có tan⁡α=883=33\tan\alpha=\dfrac{8}{8\sqrt3}=\dfrac{\sqrt3}3, suy ra α=30∘\alpha=30^\circ. Phương án B đảo tỉ số (bóng chia cột), D viết luôn tỉ số 0,580{,}58 thành số đo góc.
  5. Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Sai. a) Đúng. Vì AB=BCsin⁡CAB=BC\sin C nên BC=ABsin⁡C=61/2=12BC=\dfrac{AB}{\sin C}=\dfrac{6}{1/2}=12 (cm). b) Đúng. AC=ABcot⁡C=63AC=AB\cot C=6\sqrt3 (cm). c) Sai. B^=90∘−30∘=60∘\widehat{B}=90^\circ-30^\circ=60^\circ. d) Sai. BCsin⁡C=6=ABBC\sin C=6=AB; hệ thức đúng là AC=BCcos⁡CAC=BC\cos C.
  6. Phần III, câu 1: 3,5. Độ cao của đỉnh thang là 4sin⁡60∘=23≈3,54\sin60^\circ=2\sqrt3\approx3{,}5 (m).
  7. Phần III, câu 2: 21. Chiều cao của toà nhà là 25tan⁡40∘≈2125\tan40^\circ\approx21 (m).