Chứng minh đường kính không ngắn hơn dây – lớp 9
Đường tròn, đối xứng và dây · Toán lớp 9
Cập nhật: 27/10/2026 · Mục tiêu L9-26-B4
Một lời giải tối ưu cần hai việc: chặn mọi trường hợp và chỉ ra hình đạt dấu bằng. Bài này dùng độ dài dây để luyện cả hai bước.
Sau bài này, em có thể:
- Chứng minh chặn trên và kiểm trường hợp đạt
- Giải thích điều kiện và kiểm tra bằng chứng thay vì chỉ nhìn hình.
Cần biết trước: Khái niệm đường tròn; đối xứng tâm, đối xứng trục; bất đẳng thức tam giác và định lý Pythagore.
Chọn mức học phù hợp. Đọc kiến thức và ví dụ trước, tự làm bài nền tảng rồi chọn phần nâng cao hoặc thử thách. Đọc điều kiện của từng bài và ghi căn cứ của mỗi bước. Em có thể chia thành nhiều lần học; không cần hoàn thành mọi bài trong một buổi.
Với bảng hoặc công thức dài, em có thể vuốt ngang trong khung để xem đầy đủ.
1. Kiến thức và phương pháp
Mọi đường kính của $(O;R)$ đều dài $2R$. Với dây $AB$, nếu không qua tâm thì tam giác $AOB$ cho $AB<2R$; nếu qua tâm thì $AB=2R$. Vì vậy đường kính không ngắn hơn mọi dây trong cùng đường tròn. Khi bỏ điều kiện cùng đường tròn hoặc loại đường kính khỏi tập dây, cần xét lại kết luận và khả năng đạt dấu bằng.
2. Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Chứng minh bao gồm cả đường kính
Khởi động
Đề bài
Vì sao không thể viết $AB<AO+OB$ cho mọi dây?
Lời giải và cách suy nghĩ
Nếu $AB$ qua $O$, ba điểm thẳng hàng, $AB=AO+OB=2R$. Chỉ với dây không qua tâm mới có bất đẳng thức nghiêm. Phát biểu đầy đủ là $AB\le2R$.
Cách tự kiểm
Luôn tách trường hợp tam giác suy biến khi xét dấu bằng.
Ví dụ 2. Hiệu hai độ dài
Củng cố
Đề bài
Đường kính $22$ cm, dây $18$ cm. Tìm bán kính và hiệu đường kính trừ dây.
Lời giải và cách suy nghĩ
$R=11$ cm, hiệu $22-18=4$ cm. Vì $18<22$, dây không qua tâm.
Cách tự kiểm
Hiệu hai độ dài không phải khoảng cách từ tâm tới dây.
Ví dụ 3. Đọc sai Pythagore
Vận dụng
Đề bài
Bạn viết $AB^2=AO^2+OB^2=2R^2$ cho một dây bất kỳ. Khi nào đẳng thức ấy mới đúng?
Lời giải và cách suy nghĩ
Đẳng thức đúng khi $\widehat{AOB}=90^\circ$. Với đường kính, $AB^2=4R^2$, nên công thức không thể đúng cho mọi dây. Cần biết góc vuông trước khi áp dụng Pythagore.
Cách tự kiểm
Một trường hợp đường kính đã đủ bác bỏ mệnh đề tổng quát.
Ví dụ 4. So với đường kính của đường tròn khác
Vận dụng
Đề bài
Một đường tròn bán kính $3$, đường tròn kia bán kính $10$. Có dây của đường tròn thứ hai dài hơn đường kính thứ nhất không?
Lời giải và cách suy nghĩ
Có. Đường kính thứ nhất dài 6; đường tròn thứ hai có dây dài 12, vì nửa dây 6 nhỏ hơn 10. Khoảng cách tới tâm của dây này là 8.
Cách tự kiểm
Tính chất dây không dài hơn đường kính áp dụng trong cùng đường tròn.
Ví dụ 5. Khi nào một chặn đủ mạnh
Nâng cao
Đề bài
Hai đường tròn có bán kính $R\ge r>0$. Chứng minh mọi dây của đường tròn nhỏ không dài hơn mọi đường kính của đường tròn lớn.
Lời giải và cách suy nghĩ
Mỗi dây của đường tròn nhỏ không vượt $2r\le2R$, còn mọi đường kính đường tròn lớn dài $2R$. Dấu bằng có thể xảy ra chỉ khi $r=R$ và dây nhỏ cũng là đường kính.
Cách tự kiểm
Thứ tự hai bán kính quyết định chiều so sánh.
Ví dụ 6. Không có dây ngắn nhất dương
Nâng cao
Đề bài
Có một độ dài dương nhỏ nhất của dây trong một đường tròn không?
Lời giải và cách suy nghĩ
Không. Với dây dài $L>0$, luôn dựng được dây dài $L/2$: vì $0<L/2<2R$, lấy khoảng cách $\sqrt{R^2-L^2/16}$ từ tâm. Dây mới ngắn hơn. Độ dài có thể gần 0 nhưng 0 không là dây hai đầu phân biệt.
Cách tự kiểm
Phân biệt chặn dưới 0 với giá trị nhỏ nhất đạt được.
Ví dụ 7. Điều kiện tồn tại cho tổng
Phản biện
Đề bài
Một dây của $(O;5)$ dài $x$ và đường kính cùng hình có tổng $x+10=17$. Kiểm mô hình.
Lời giải và cách suy nghĩ
$x=7$ thỏa $0<7\le10$, nên tồn tại dây đó. Có thể chọn khoảng cách $\sqrt{25-49/4}=\sqrt{51}/2$ tới tâm.
Cách tự kiểm
Giải phương trình chưa đủ; phải kiểm $x$ trong miền độ dài dây.
Ví dụ 8. Kết luận tối ưu có chứng cứ đạt được
Thử thách
Đề bài
Tìm giá trị lớn nhất của $AB+CD$ với hai dây của $(O;R)$, cho phép chúng là đường kính khác nhau.
Lời giải và cách suy nghĩ
$AB+CD\le2R+2R=4R$. Chọn cả hai là đường kính thì tổng đúng $4R$. Vậy giá trị lớn nhất là $4R$. Nếu bắt buộc cả hai không qua tâm, tổng luôn nhỏ hơn $4R$ và không đạt giá trị này.
Cách tự kiểm
Một chặn trên chỉ là giá trị lớn nhất khi có trường hợp đạt.
3. Lỗi thường gặp và cách tránh
- Quên phân biệt dấu bằng với bất đẳng thức nghiêm.
- Dùng tính chất của đường tròn cho một phần hình hoặc một hình khác.
- Kết luận từ hình vẽ hoặc số đo gần đúng mà không kiểm giả thiết.
4. Tự luyện theo mức độ
Em tự làm và ghi cách giải trước khi mở gợi ý hoặc đáp án. Với bài chứng minh, cần nêu giả thiết và căn cứ; với dữ liệu đo hoặc khảo sát, ghi kết quả thực đã dùng. Một ví dụ giả định trong lời giải không thay cho kết quả thực hành của em.
Bài 1–4. Nắm vững nền tảng
-
Chứng minh đường kính không ngắn hơn mọi dây của cùng đường tròn.
Gợi ý bài 1
Dùng bất đẳng thức tam giác với điểm O ở giữa hoặc ngoài đoạn.
-
Đường kính $18$ cm, dây $AB=15$ cm. Tính bán kính và so sánh hai độ dài.
Gợi ý bài 2
Bán kính bằng nửa đường kính.
-
Hai đường tròn khác nhau có bán kính $3$ và $10$ cm. Có luôn mọi đường kính của đường tròn nhỏ dài hơn mọi dây của đường tròn lớn không?
Gợi ý bài 3
Tính chất đang đòi cùng đường tròn.
-
Bạn dùng $AB^2=AO^2+OB^2$ để chứng minh dây ngắn hơn đường kính mà chưa biết góc $AOB$ vuông. Vì sao sai?
Gợi ý bài 4
Pythagore cần giả thiết góc vuông.
Mở đáp án và lời giải bài 1–4
-
Với dây $AB$, bất đẳng thức tam giác cho $AB\le AO+OB=2R$. Mọi đường kính dài $2R$, nên không ngắn hơn $AB$. Dấu bằng ứng với dây qua tâm.
-
$R=9$ cm. Vì $15<18$, dây ngắn hơn đường kính $3$ cm.
-
Không. Đường tròn lớn có dây là đường kính dài $20$ cm, vượt đường kính $6$ cm của đường tròn nhỏ. Tính chất phải dùng trong cùng đường tròn.
-
Pythagore chỉ áp dụng cho tam giác vuông, trong khi góc $AOB$ tùy ý. Phải dùng $AB\le AO+OB$ cho lập luận áp dụng với mọi dây.
Bài 5–8. Củng cố và vận dụng
-
Đường kính $30$ cm, dây $24$ cm. Bán kính và hiệu hai đoạn bằng bao nhiêu?
Gợi ý bài 5
Tách hai phép tính.
-
Mọi dây có ngắn hơn đường kính không?
Gợi ý bài 6
Nhớ đường kính cũng là dây.
-
Đường tròn bán kính $2$ có chứa dây dài $4,1$ không?
Gợi ý bài 7
So với 4.
-
Đường kính $d$ và dây $c$ thỏa $d-c=0$. Kết luận về dây.
Gợi ý bài 8
Dấu bằng trong chặn dây.
Mở đáp án và lời giải bài 5–8
-
$R=15$ cm, hiệu 6 cm; khoảng cách từ tâm tới dây là $\sqrt{225-144}=9$ cm, không phải 6.
-
Không nếu hiểu ngắn hơn nghiêm ngặt. Đúng là không dài hơn; dấu bằng ở đường kính.
-
Không vì $4,1>2R=4$.
-
$c=d=2R$, nên dây là đường kính và đi qua tâm.
Bài 9–14. Nâng cao: kết hợp kiến thức và suy luận
-
Trong hai đường tròn bán kính $4$ và $7$, dây của hình nhỏ có thể dài hơn đường kính hình lớn không?
Gợi ý bài 9
Chặn trên của dây nhỏ là 8.
-
Trong hai đường tròn bán kính $4$ và $7$, mọi dây hình lớn có dài hơn đường kính hình nhỏ không?
Gợi ý bài 10
Đường tròn lớn có thể có dây rất ngắn.
-
Hai dây trong $(O;6)$ dài $x+1$ và $2x$. Tìm miền $x$ để cả hai là dây, cho phép đường kính.
Gợi ý bài 11
Đòi cả hai độ dài trong $(0,12]$.
-
Chứng minh nếu $AB=2R$ thì không thể có $O$ nằm ngoài đoạn $AB$.
Gợi ý bài 12
Hai đầu cách O cùng R trên một đường thẳng.
-
Trong $(O;5)$, tìm giá trị lớn nhất của $AB^2$ với $AB$ là dây.
Gợi ý bài 13
Bình phương không âm bảo toàn thứ tự.
-
Tìm giá trị lớn nhất của $AB+CD$ khi $AB$ là đường kính và dây $CD$ cách tâm ít nhất $4$ trong $(O;5)$.
Gợi ý bài 14
Dây CD dài nhất khi khoảng cách là 4.
Mở đáp án và lời giải bài 9–14
-
Không. Dây nhỏ không vượt 8, còn đường kính lớn 14.
-
Không. Hình lớn có dây dài 6, ngắn hơn đường kính hình nhỏ 8; có thể dựng vì $6<14$.
-
$-1<x\le11$ và $0<x\le6$; giao là $0<x\le6$. Mỗi độ dài trong miền dựng được.
-
Dấu bằng buộc ba điểm thẳng hàng và $O$ nằm giữa. Nếu hai điểm ở cùng một tia từ $O$ và cùng khoảng cách R thì chúng trùng nhau, trái $AB=2R>0$.
-
$0<AB\le10$ nên $AB^2\le100$. Đạt khi $AB$ là đường kính, vậy lớn nhất 100.
-
$AB=10$, $CD\le2\sqrt{25-16}=6$, nên tổng không vượt 16. Chọn dây cách tâm 4 đạt 16.
Bài 15–16. Thử thách: lập luận và kiểm tra điều kiện
-
Một bạn tìm giá trị nhỏ nhất dương của dây là $0,01$ cm. Bác bỏ bằng một dây cụ thể ngắn hơn.
Gợi ý bài 15
Chọn một nửa độ dài đề xuất.
-
Cho hai dây $AB,CD$ đều không là đường kính. Có đạt $AB+CD=4R$ không? Có thể tiến gần chặn đó không?
Gợi ý bài 16
Mỗi dây đều nhỏ hơn 2 R; thử hai dây dài $2R-\varepsilon$.
Mở đáp án và lời giải bài 15–16
-
Nếu $0,01$ là độ dài dây hợp lệ thì $0,005$ cũng nhỏ hơn đường kính và dương, do đó dựng được. Nó ngắn hơn, nên đề xuất không đúng.
-
Không đạt vì mỗi dây nhỏ hơn 2 R. Với $0<\varepsilon<2R$, chọn mỗi dây dài $2R-\varepsilon$, tổng $4R-2\varepsilon$ tiến gần 4 R khi $\varepsilon$ giảm về 0. Không có giá trị lớn nhất trong ràng buộc này.
5. Phiếu in và học tiếp
Hai tài liệu dưới đây là bộ phiếu và hướng dẫn của mô-đun. Các ví dụ mở rộng, bài nâng cao và thử thách trên trang này được học trực tiếp trên web.