Chuyên đề: Ứng dụng một công thức diện tích tam giác trong giải toán

Chuyên đề: ỨNG DỤNG MỘT CÔNG THỨC DIỆN TÍCH TAM GIÁC TRONG GIẢI TOÁN I. LỜI MỞ ĐẦU: Trong quá trình làm các bài toán về hình học giải tích, ta gặp một lớp các bài toán về diện tích tam giác. Có nhiều công thức và cách giải quyết bài toán về diện tích tam giác song không có một công thức nào là tối ưu cho tất cả các bài toán. Qua quá trình nghiên cứu giải quyết lớp các bài toán về diện tích tam giác chúng tôi phát hiện có một ứng dụng hữu ích của một công thức diện tích tam giác trong mặt phẳng tọa độ. Nhằm giúp học sinh có thêm một hướng giải quyết khác về một số bài toán liên quan đến diện tích tam giác trong mặt phẳng tọa độ, chúng tôi xin giới thiệu đến trang mathvn.com, quý bạn yêu môn toán chuyên đề: “ ỨNG DỤNG MỘT CÔNG THỨC DIỆN TÍCH TAM GIÁC TRONG GIẢI TOÁN”. Xin chân thành cảm ơn. Vĩnh Linh, tháng 5 năm 2013 Người thực hiện Trần Đình Anh ( Giáo viên Toán THPT Vĩnh Linh) (Đt: 0905270818) II. ĐẶT VẤN ĐỀ: 2.1 Bài toán mở đầu: Bài 1. Trong hệ trục tọa độ Oxy, cho tam giác ABC với A( 1; 0), B( 2; 1) và C( 3; 5). Hãy tính diện tích của tam giác ABC. Thông thường thì học sinh chọn giải theo các hướng sau: + ) Hướng 1(Đã học chương II. Hình học 10): Vận dụng công thức Hê - rông: Ta có AB = c = ; AC = b = ; BC = a = ; Gọi p = (a + b + c)/2. Khi đó ta có diện tích tam giác ABC là Lời bình: Hướng giải quyết này khá là phức tạp và dài. Đòi hỏi học sinh phải rất cẩn thận và vất vả để có được kết quả tối ưu. +) Hướng 2 ( Đã học chương III. Hình học 10): Dùng phương trình đường thẳng để áp dụng công thức về khoảng cách nhằm tính độ dài đường cao và suy ra diện tích cần tìm. Ta có: suy ra phương trình cạnh BC là: Hay 4x - y - 7 = 0. Khi đó chiều cao AH của tam giác ABC bằng khoảng cách từ A đến cạnh BC. AH = . BC = Khi đó diện tích tam giác ABC là: S = Lời bình: Trong cách giải này đòi hỏi cần có lượng kiến thức về hình học giải tích nhiều và phải giải quyết theo hướng gián tiếp làm cho hs thấy khó hơn. Hs cần thành thạo các kiến thức thì mới làm tốt bài toán này. Bài 2. Trong hệ trục Oxy, cho M(0; 3) và N(1; 2). Hãy tìm trên trục hoành điểm P sao cho diện tích tam giác MNP bằng 2013. Thông thường thì học sinh với các kiến thức được học thường giải theo hướng sau: +) Viết phương trình đường thẳng MN, tính độ dài đoạn MN +) Gọi P( m; 0) thuộc Ox là điểm thỏa mãn. +) Khi đó tính h là khoảng cách từ P đến MN và áp dụng công thức S = ah/2 để tìm m. Lời bình: Trong hai bài toán trên các cách giải khá phức tạp đòi hỏi học sinh cần có sự linh hoạt và tư duy tốt. Quá trình tính toán cũng khá phức tạp và dài dòng. Bây giờ ta cùng đến với một công thức về diện tích tam giác mà được xây dựng chỉ bằng các kiến thức của học sinh khi học hết Chương II. Hình học 10. 2.2 Cách xây dựng và công thức. Trong hệ trục Oxy, cho tam giác ABC. Gọi A(), B() và C() . Khi đó ta có Với Thay thế vào ( ) ta có: Do đó ta có công thức 2.3 Áp dụng giải bài toán toán mở đầu. Bài 1. Trong hệ trục tọa độ Oxy, cho tam giác ABC với A( 1; 0), B( 2; 1) và C( 3; 5). Hãy tính diện tích của tam giác ABC. Giải: Ta có Khi đó áp dụng công thức * cho ta Diện tích tam giác ABC là . Lời bình: Cách giải quyết này tỏ ra rất đơn giản, và hiệu quả. Không cần phải tính toán nhiều mà chỉ cần áp dụng công thức. Bài 2. Trong hệ trục Oxy, cho M(0; 3) và N(1; 4). Hãy tìm trên trục hoành điểm P sao cho diện tích tam giác MNP bằng 2013. Giải: Ta gọi P (m; 0), ( m - 3) thuộc Ox là điểm cần tìm. Khi đó ta có: Áp dụng công thức * cho ta Theo bài ra ta có Suy ra P(4023; 0) và P( - 4029; 0) là hai điểm cần tìm. Lời bình: Như vậy chúng ta có thể thấy rõ ưu thế của công thức * là tính toán rất ngắn ngọn và không rườm rà phức tạp. Đặc biệt tư duy toán đơn giản chỉ cần áp dụng công thức. Hơn nữa khi công thức chỉ được xây dựng bằng kiến thức cơ bản của Chương II. Hình học 10 nên qua công thức này lượng bài tập dành cho học sinh sẽ đa dạng và phong phú thêm. III. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Bài toán 1: Trong hệ trục Oxy, cho tam giác ABC, với A (3; m), B( m+1; - 4). Xác định m để diện tích tam giác OAB đạt giá trị nhỏ nhất. Giải: Ta có . Khi đó Vậy diện tích tam giác OAB đạt giá trị nhỏ nhất khi m = -1/2. Cách khác: + viết phương trình cạnh AB theo tham số m. + Tính khoảng cách từ O đến AB theo m +Áp dụng công thức diện tích s =1/2 ah. + Biến đổi để có được hàm theo m . + Xét hàm để có giá trị m. Lời bình: Cách khác nhìn chung là dài, tính toán phức tạp và qua nhiều bước mới có được biểu thức về diện tích tam giác nhưng cách giải trên tỏ ra đơn giản, ngắn ngọn không tiêu tốn nhiều sức. Bài toán 2: Trong mặt phẳng với hệ tọa độ Oxy, cho điểm . Trên trục Ox, lấy điểm B có hoành độ , trên trục Oy, lấy điểm C có tung độ sao cho tam giác ABC vuông tại A. Tìm các điểm B, C sao cho diện tích tam giác ABC lớn nhất. Giải: Gọi B (b; 0) và C ( 0; c). Khi đó ta có Vì tam giác ABC vuông tại A nên ta có Vì Nên Mặt khác ta có khi đó diện tích tam giác ABC lớn nhất bằng 5 tại b = 0. Suy ra B( 0;0) và C( 0; 5). Cách khác: Gọi toạ độ B, C Tìm điều kiện B, C thoả mãn tam giác vuông. Tính khoảng cách A tới BC. Để diện tích max khoảng cách A tới BC max Đến đây tìm giá trị lớn nhất biểu thức kết hợp điều kiện. Lời bình: Ý tưởng đơn giản không rườm rà. Bài toán 3: Cho hàm số Xác định m để đường thẳng y = -2x + m cắt đồ thị hàm số trên tại hai điểm A, B phân biệt sao cho diện tích tam giác OAB bằng ( O là gốc tọa độ). ( trích trong đề TS khối B - 2010) Giải: Phương trình hoành độ giao điểm: với mọi m suy ra đường thẳng y = -2x + m luôn cắt đồ thị hàm số trên tại hai điểm phân biệt A, B với mọi m. Gọi A(); B(); khi đó theo bài ra ta có diện tích tam giác OAB bằng nên Cách khác: +) Tính khoảng cách từ O đến AB. +) Tính độ dài đoạn AB. +) Áp dụng công thức diện tích và lập mối quan hệ. Lời bình Như vậy công thức này cũng có thể giúp ta giải được bài toán trong các bài toán trong giải tích mà không cần quá nhiều điều yếu tố trung gian. Tất nhiên đây cũng chỉ là một hướng giải quyết trong các hướng giải quyết khác của bài toán. Song thiết nghĩ rằng có thêm một ý tưởng để thiết lập các mối quan hệ giữa các yếu tố. IV.CÁC BÀI TOÁN ÁP DỤNG Bài toán 1: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy cho tam giác ABC, biết điểm A(2;-1); B(-1;2) và tọa độ trọng tâm G nằm trên đường thẳng d: x + y - 2 = 0. Tìm tọa độ đỉnh C biết diện tích tam giác ABC bằng 27/2. Bài toán 2: Trong mặt phẳng với hệ trục tọa độ Descarter vuông góc Oxy, cho ΔABC có và điểm C thuộc đường thẳng: diện tích ΔABC bằng (đơn vị diện tích). Hãy tìm tọa độ điểm C Bài toán 3: Trong mặt phẳng Oxy cho các điểm A(1;0); B(-2;4); C(-1;4); D(3;5) và đường thẳng d: 3x - y - 5= 0. Tìm M trên d sao cho hai tam giác MAB và MCD có diện tích bằng nhau. Bài toán 4: Trong mặt phẳng tọa độ vuông góc Oxy, cho . Trọng tâm G của ΔABC nằm trên đường thẳng diện tích ΔABC bằng . Tìm tọa độ điểm C. Bài toán 5: Cho tam giác ABC có diện tích bằng 2. biết A (1; 0), B (0; 2) và trung điểm I của đoạn AC nằm trên đường thẳng d : y = x. Tìm tọa độ điểm C. Bài toán 6: Trong mặt phẳng với hệ tọa độ Oxy, cho tam giác ABC cân tại A có đỉnh và các đỉnh B, C thuộc đường thẳng . Xác định toạ độ các điểm B và C, biết diện tích tam giác ABC bằng 18. Bài toán 7: (ĐH khối D - Năm 2007) Cho hàm số . Tìm M thuộc đồ thị hàm số trên. Biết tiếp tuyến của đồ thị hàm số tại điểm M cắt hai trục Ox, Oy tại A, B và tam giác OAB có diện tích bằng 1/4. V. LỜI KẾT Như vậy công thức diện tích này đã giúp ta giải quyết khá đơn giản và nhẹ nhành cho một lớp các bài toán về diện tích tam giác trong hệ trục tọa độ Oxy. Chúng tôi củng đã xem đây như là một hướng tiếp cận giúp cho học sinh trong giải toán về diện tích tam giác. Tuy nhiên như chúng tôi đã nói không có một công thức nào là tối ưu cho tất cả các bài toán về diện tích tam giác. Do đó khi áp dụng đòi hỏi người học cần có sự lựa chọn một cách thật linh hoạt. Trong quá trình viết chúng tôi cũng đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến từ phía các thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn và sẽ tiến tới với học sinh giúp các em có thêm một hướng trong giải quyết các bài toán liên quan. Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn.