Bài tập Toán 9 Bài 30: Đa giác đều (20 bài tập)

Lớp 9 · Toán Bài 30

Đa Giác Đều Và Phép Quay

Khái niệm, đa giác đều nội tiếp đường tròn, phép quay giữ nguyên đa giác đều

1
Đa giác và đa giác lồi
📐 Khái niệm đa giác
Một hình phẳng được gọi là đa giác nếu nó được tạo bởi các đoạn thẳng nối tiếp nhau, trong đó hai đoạn thẳng bất kì có chung một đầu mút thì không cùng nằm trên một đường thẳng.
Đa giác ABCDE có 5 đỉnh và 5 cạnh
Hình 1: Đa giác $ABCDE$ — gồm 5 đỉnh, 5 cạnh và 5 góc

Chẳng hạn, đa giác $ABCDE$ là hình gồm năm đoạn thẳng $AB$, $BC$, $CD$, $DE$, $EA$. Đa giác này có:

Năm đỉnh: $A$, $B$, $C$, $D$, $E$.
Năm cạnh: $AB$, $BC$, $CD$, $DE$, $EA$.
Năm góc: $\widehat{EAB}$, $\widehat{ABC}$, $\widehat{BCD}$, $\widehat{CDE}$, $\widehat{DEA}$.
📐 Đa giác lồi
Đa giác được gọi là đa giác lồi nếu với mỗi cạnh bất kì của đa giác, tất cả các đỉnh không nằm trên cạnh đó đều ở cùng một phía so với đường thẳng chứa cạnh đó.
💡Dễ hiểu: Đa giác lồi là đa giác mà không có cạnh nào "lõm vào trong". Ví dụ: tam giác đều, hình vuông, ngũ giác đều, lục giác đều — đều là đa giác lồi.
⚠️Đa giác không lồi (đa giác lõm): các hình ngôi sao 5 cánh, ngôi sao 6 cánh, dấu cộng, chữ thập… đều không phải đa giác lồi vì có các phần lõm vào trong.
2
Đa giác đều
⭐ Định nghĩa đa giác đều
Đa giác đều là một đa giác lồi có:
• Tất cả các cạnh bằng nhau,
• Tất cả các góc bằng nhau.

🔵 Ba điều kiện để là đa giác đều:

đa giác lồi.
Tất cả các cạnh bằng nhau.
Tất cả các góc bằng nhau.
⚠️Chỉ cần thiếu 1 điều kiện thì không phải đa giác đều.
⚠️Sai lầm thường gặp:
Hình thoi có 4 cạnh bằng nhau nhưng các góc không bằng nhau $\Rightarrow$ không phải đa giác đều.
Hình chữ nhật có 4 góc bằng nhau ($90°$) nhưng các cạnh không bằng nhau $\Rightarrow$ không phải đa giác đều.

🔵 Các đa giác đều thường gặp:

Các đa giác đều thường gặp: tam giác đều, hình vuông, ngũ giác đều, lục giác đều
Hình 2: Các đa giác đều thường gặp
Tam giác đều
3 cạnh, 3 góc $60°$
Hình vuông
4 cạnh, 4 góc $90°$
Ngũ giác đều
5 cạnh, 5 góc $108°$
Lục giác đều
6 cạnh, 6 góc $120°$

🔵 Công thức tính số đo góc:

Đa giác đều $n$ cạnh
Tổng các góc trong: $(n-2) \cdot 180°$
Mỗi góc trong: $\dfrac{(n-2) \cdot 180°}{n}$
Ví dụ — Tính mỗi góc trong

Tính số đo mỗi góc trong của ngũ giác đều ($n=5$).

Áp dụng công thức: $\dfrac{(n-2)\cdot 180°}{n} = \dfrac{(5-2)\cdot 180°}{5} = \dfrac{540°}{5} = \mathbf{108°}$
⚡ Học thuộc nhanh các góc trong
• Tam giác đều ($n=3$): mỗi góc $60°$
• Hình vuông ($n=4$): mỗi góc $90°$
• Ngũ giác đều ($n=5$): mỗi góc $108°$
• Lục giác đều ($n=6$): mỗi góc $120°$
• Bát giác đều ($n=8$): mỗi góc $135°$
3
Đa giác đều nội tiếp đường tròn
📐 Tính chất quan trọng
Các đỉnh của mỗi đa giác đều luôn cùng nằm trên một đường tròn. Đường tròn này gọi là đường tròn ngoại tiếp đa giác đều, tâm đường tròn gọi là tâm của đa giác đều, và đa giác đều được gọi là nội tiếp đường tròn đó.
Ngũ giác đều ABCDE nội tiếp đường tròn tâm O bán kính R, các góc ở tâm bằng 72°
Hình 3: Ngũ giác đều $ABCDE$ nội tiếp $(O;\, R)$ — các góc ở tâm đều bằng $72°$

🔵 Cách dựng đa giác đều $n$ cạnh nội tiếp $(O;\, R)$:

1
Lấy $n$ điểm trên đường tròn $(O;\, R)$ sao cho các góc ở tâm bằng nhau: mỗi góc bằng $\dfrac{360°}{n}$.
2
Vì $OA_1 = OA_2 = \cdots = OA_n = R$ và các góc ở tâm bằng nhau, các tam giác $OA_1A_2$, $OA_2A_3$,… bằng nhau (c.g.c).
3
Suy ra các cạnh và góc của đa giác $A_1A_2\ldots A_n$ bằng nhau $\Rightarrow$ là đa giác đều.
Góc ở tâm của đa giác đều $n$ cạnh
$\widehat{A_1OA_2} = \widehat{A_2OA_3} = \cdots = \dfrac{360°}{n}$

🔵 Bảng các đa giác đều đặc biệt nội tiếp $(O;\, R)$:

Đa giác đềuGóc ở tâmMỗi góc trongCạnh theo $R$
Tam giác đều ($n=3$) $120°$ $60°$ $a = R\sqrt{3}$
Hình vuông ($n=4$) $90°$ $90°$ $a = R\sqrt{2}$
Lục giác đều ($n=6$) $60°$ $120°$ $a = R$
Ví dụ — Lục giác đều nội tiếp $(O;\, R)$

Cho lục giác đều $ABCDEF$ nội tiếp đường tròn tâm $O$ bán kính $R = 3$ cm. Tính độ dài các cạnh và mỗi góc trong của lục giác.

Lục giác đều ABCDEF nội tiếp đường tròn tâm O bán kính R
Hình 4: Lục giác đều $ABCDEF$ chia thành 6 tam giác đều
Góc ở tâm: $\widehat{AOB} = \dfrac{360°}{6} = 60°$
Xét $\triangle OAB$: $OA = OB = R = 3$ cm và $\widehat{AOB} = 60°$ $\Rightarrow$ tam giác đều.
$AB = OA = R = \mathbf{3}$ cm. Tương tự, mọi cạnh đều bằng $3$ cm.
Mỗi góc trong: $\dfrac{(6-2)\cdot 180°}{6} = \mathbf{120°}$
⚡ Mẹo nhớ: Lục giác đều = 6 tam giác đều
Lục giác đều nội tiếp $(O;\, R)$ chia thành 6 tam giác đều cạnh $R$. Vì vậy: Cạnh lục giác đều = bán kính $R$
4
Phép quay

Hình dung một bàn xoay hình tròn tâm $O$. Đặt một vật tại điểm $A$ (khác $O$). Khi quay bàn xoay, vật di chuyển đến vị trí mới $B$. Vì khoảng cách từ vật đến $O$ không đổi nên $OA = OB$, suy ra $A$ và $B$ cùng nằm trên đường tròn $(O;\, OA)$.

📐 Phép quay thuận chiều $\alpha°$
Phép quay thuận chiều $\alpha°$ (với $0° < \alpha < 360°$) tâm $O$:
• Giữ nguyên điểm $O$,
• Biến điểm $A$ (khác $O$) thành điểm $B$ thuộc $(O;\, OA)$ sao cho khi tia $OA$ quay thuận chiều kim đồng hồ đến tia $OB$ thì cung $AB$ có số đo $\alpha°$.
📐 Phép quay ngược chiều $\alpha°$
Định nghĩa tương tự, nhưng tia $OA$ quay ngược chiều kim đồng hồ đến tia $OB$.
Minh hoạ phép quay thuận chiều và ngược chiều α° tâm O
Hình 5: Phép quay thuận chiều và ngược chiều $\alpha°$ tâm $O$
⏰ Thuận chiều
Hướng quayTheo chiều kim đồng hồ
Ký hiệu$Q^{+}_\alpha$ (hoặc đề ghi rõ)
⏪ Ngược chiều
Hướng quayNgược chiều kim đồng hồ
Ký hiệu$Q^{-}_\alpha$ (hoặc đề ghi rõ)

🔵 Tính chất quan trọng:

Phép quay $0°$phép quay $360°$ (cả thuận và ngược chiều) đều giữ nguyên mọi điểm.
Phép quay $180°$ (thuận hoặc ngược) tâm $O$ biến $A$ thành điểm $A'$ đối xứng với $A$ qua $O$ (vì $OA = OA'$ và $A, O, A'$ thẳng hàng).
Nếu phép quay thuận chiều $\alpha°$ tâm $O$ biến $A$ thành $B$, thì phép quay ngược chiều $\alpha°$ tâm $O$ sẽ biến $B$ trở lại thành $A$.
Phép quay bảo toàn khoảng cách: $OA = OB$.
📌Cách kiểm tra một phép quay:
Để kiểm tra phép quay thuận chiều $\alpha°$ tâm $O$ biến $M$ thành $N$, cần đủ 2 điều kiện:
① $OM = ON$ (cùng nằm trên một đường tròn tâm $O$).
② Tia $OM$ quay thuận chiều kim đồng hồ một góc $\alpha°$ thì trùng tia $ON$.
5
Phép quay giữ nguyên đa giác đều
📐 Định nghĩa
Một phép quay được gọi là giữ nguyên một đa giác đều $\mathcal{H}$ nếu phép quay đó biến mỗi điểm của $\mathcal{H}$ thành một điểm của $\mathcal{H}$.
💡Mẹo kiểm tra: Chỉ cần phép quay biến các đỉnh của đa giác đều $\mathcal{H}$ thành các đỉnh của $\mathcal{H}$ thì phép quay đó giữ nguyên $\mathcal{H}$.
Quy tắc tổng quát
Đa giác đều $n$ cạnh nội tiếp $(O)$ có
đúng $n$ phép quay (cùng chiều) giữ nguyên đa giác,
với các góc quay:
$k \cdot \dfrac{360°}{n}$,   $k = 1, 2, \ldots, n$

🔵 Ví dụ — Phép quay giữ nguyên hình vuông:

Cho hình vuông $MNPQ$ nội tiếp đường tròn $(O)$. Lập bảng kết quả các phép quay thuận chiều $90°$, $180°$, $270°$, $360°$ tâm $O$ trên các đỉnh.

Hình vuông MNPQ nội tiếp đường tròn tâm O
Hình 6: Hình vuông $MNPQ$ nội tiếp $(O)$ — góc ở tâm $90°$
Phép quay$M\to$$N\to$$P\to$$Q\to$
Thuận $90°$$N$$P$$Q$$M$
Thuận $180°$$P$$Q$$M$$N$
Thuận $270°$$Q$$M$$N$$P$
Thuận $360°$$M$$N$$P$$Q$

Cả bốn phép quay trên đều biến đỉnh hình vuông thành đỉnh hình vuông, nên đều giữ nguyên hình vuông $MNPQ$.

🔵 Số phép quay giữ nguyên một số đa giác đều:

Đa giác đềuGóc quay nhỏ nhấtSố phép quay (cùng chiều)
Tam giác đều ($n=3$)$120°$$3$ phép quay
Hình vuông ($n=4$)$90°$$4$ phép quay
Ngũ giác đều ($n=5$)$72°$$5$ phép quay
Lục giác đều ($n=6$)$60°$$6$ phép quay
⚡ Quy tắc nhớ nhanh
Đa giác đều $n$ cạnh có $n$ phép quay giữ nguyên (mỗi chiều). Góc quay nhỏ nhất là $\dfrac{360°}{n}$. Đừng quên phép quay $360°$!
6
Phương pháp giải các dạng toán

🔵 Dạng 1 — Nhận dạng đa giác đều

Có lồi không?
Cạnh
bằng nhau?
Góc
bằng nhau?
Đa giác đều
💡Chỉ cần thiếu 1 trong 3 điều kiện $\Rightarrow$ không phải đa giác đều. Hình thoi (cạnh bằng — góc khác), hình chữ nhật (góc bằng — cạnh khác) đều không là đa giác đều.

🔵 Dạng 2 — Tính góc, cạnh, chu vi đa giác đều

Bộ công thức quan trọng
Tổng các góc trong: $(n-2)\cdot 180°$
Mỗi góc trong: $\dfrac{(n-2)\cdot 180°}{n}$
Góc ở tâm: $\dfrac{360°}{n}$
Chu vi: $C = n \cdot a$

🔵 Dạng 3 — Đa giác đều nội tiếp đường tròn

1
Xét tam giác cân $OAB$ với $OA = OB = R$ và $\widehat{AOB} = \dfrac{360°}{n}$.
2
Áp dụng các công thức đặc biệt: tam giác đều $a = R\sqrt{3}$, hình vuông $a = R\sqrt{2}$, lục giác đều $a = R$.
3
Trường hợp khác, kẻ $OH \perp AB$ ($H$ là trung điểm $AB$), dùng tỉ số lượng giác trong tam giác vuông $OHA$ với $\widehat{AOH} = \dfrac{180°}{n}$.
Ví dụ — Cạnh tam giác đều nội tiếp $(O;\, 2)$
Áp dụng $a = R\sqrt{3} = 2\sqrt{3}$ (cm).

🔵 Dạng 4 — Nhận biết phép quay

1
Kiểm tra $OM = ON$ (đánh dấu hai đoạn bằng nhau trên hình).
2
Xác định chiều quay: thuận chiều = theo kim đồng hồ; ngược chiều = ngược kim đồng hồ.
3
Đo (hoặc đọc) số đo góc giữa hai tia $OM$, $ON$ và so sánh với $\alpha°$.

🔵 Dạng 5 — Phép quay giữ nguyên đa giác đều

Liệt kê $n$ phép quay
$\dfrac{360°}{n},\; \dfrac{2\cdot 360°}{n},\; \dfrac{3\cdot 360°}{n},\; \ldots,\; 360°$

🔵 Dạng 6 — Bài toán thực tế (vòng quay, đồng hồ…)

1
Xác định số vị trí phân bố đều trên đường tròn $\Rightarrow$ tính góc giữa hai vị trí liên tiếp $= \dfrac{360°}{n}$.
2
Đếm số khoảng cách (số vị trí) cần di chuyển từ vị trí ban đầu đến vị trí đích.
3
Góc quay = (số khoảng) $\times$ $\dfrac{360°}{n}$.
Tổng kết Bài 30:
Đa giác đều = đa giác lồi + cạnh bằng nhau + góc bằng nhau (đủ 3 điều kiện).
• Mỗi góc trong: $\dfrac{(n-2)\cdot 180°}{n}$. Góc ở tâm: $\dfrac{360°}{n}$.
Tam giác đều: $a = R\sqrt{3}$  |  Hình vuông: $a = R\sqrt{2}$  |  Lục giác đều: $a = R$.
Phép quay $\alpha°$ tâm $O$: thuận chiều (kim đồng hồ) hoặc ngược chiều, bảo toàn khoảng cách.
• Đa giác đều $n$ cạnh có $n$ phép quay giữ nguyên (mỗi chiều), góc $k\cdot \dfrac{360°}{n}$.
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + Mẹo giải nhanh + Sai lầm thường gặp tại Edus.vn
1
Điểm: 0/20

Cùng luyện tập về Đa giác đều & Phép quay!

20 câu · 6 dạng từ dễ đến khó

💡 Gợi ý
Thầy Võ Văn Trung

Thầy Võ Văn Trung

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Toán THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Toán, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ A2

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Du