Bài tập Toán 9 Bài 14: Cung và dây của một đường tròn (25 bài tập)

Lớp 9 · Toán Bài 14

Cung Và Dây Của Một Đường Tròn

Dây cung, đường kính, góc ở tâm và số đo cung của đường tròn

1
Dây và đường kính của đường tròn

Khái niệm:

Định nghĩa
Dây cung (hay dây) là đoạn thẳng nối hai điểm tuỳ ý trên đường tròn.
Đường kínhdây đi qua tâm, có độ dài bằng $2R$.
Dây CD và đường kính AB
Hình 1 — $CD$ là dây, $AB$ là đường kính của $(O)$

🔵 Quan hệ giữa dây và đường kính:

Xét dây $AB$ tuỳ ý không đi qua tâm của đường tròn $(O; R)$. Trong tam giác $AOB$, theo bất đẳng thức tam giác:

$AB < OA + OB = R + R = 2R$
Định lí
Trong một đường tròn, đường kính là dây cung lớn nhất.
(Mọi dây không qua tâm đều có độ dài $< 2R$)
Ví dụ 1 — So sánh dây và đường kính

Cho đường tròn $(O; 5\text{ cm})$. Trong các đoạn thẳng sau, đoạn nào có thể là một dây của đường tròn?
$AB = 8$ cm; $\quad CD = 10$ cm; $\quad EF = 12$ cm.

Đường kính của $(O)$ là $2R = 2 \cdot 5 = 10$ cm.
Mọi dây của đường tròn có độ dài $\leq$ đường kính $= 10$ cm.
$AB = 8 < 10$ ✓ — có thể là một dây.
$CD = 10$ ✓ — có thể là một dây (đặc biệt là đường kính).
$EF = 12 > 10$ ✗ — KHÔNG thể là một dây.

Kết luận: $AB$ và $CD$ có thể là dây; $EF$ không thể.

💡Cách nhớ: Mọi dây cung của đường tròn $(O; R)$ đều có độ dài không vượt quá $2R$. Đường kính là trường hợp duy nhất đạt cực đại $= 2R$.
2
Góc ở tâm, cung và số đo cung

Khái niệm cung tròn và góc ở tâm:

Cho hai điểm $A$ và $B$ cùng thuộc đường tròn $(O)$. Hai điểm này chia đường tròn thành hai phần, mỗi phần gọi là một cung tròn (hay cung). Hai điểm $A, B$ là hai đầu mút của mỗi cung.

Định nghĩa
Góc ở tâm là góc có đỉnh trùng với tâm của đường tròn.
Hai cung và góc ở tâm AOB
Hình 2 — Hai cung $\overset{\frown}{AmB}$, $\overset{\frown}{AnB}$ và góc ở tâm $\widehat{AOB}$
📌Chú ý quan trọng:
• Khi $\widehat{AOB} < 180°$ (không bẹt): cung nằm trong góc $AOB$ là cung nhỏ (kí hiệu $\overset{\frown}{AB}$); cung còn lại là cung lớn.
• Khi $\widehat{AOB} = 180°$ (bẹt): mỗi cung là một nửa đường tròn.
• Ta nói: góc $AOB$ chắn cung $\overset{\frown}{AB}$.

🔵 Cách xác định số đo cung — 3 quy tắc cơ bản:

1
Số đo của nửa đường tròn bằng $180°$
Khi hai mút là hai đầu của một đường kính.
2
Cung nhỏ: $\text{sđ}\,\overset{\frown}{AB} = $ số đo góc ở tâm chắn nó
Nếu $\widehat{AOB} = \alpha$ thì $\text{sđ cung nhỏ } AB = \alpha$.
3
Cung lớn $= 360° -$ số đo cung nhỏ
Hai cung có chung mút thì tổng số đo bằng $360°$.
📐Nhận xét bổ sung: Nếu điểm $A$ thuộc cung $\overset{\frown}{BAC}$ thì $\text{sđ}\,\overset{\frown}{BAC} = \text{sđ}\,\overset{\frown}{BA} + \text{sđ}\,\overset{\frown}{AC}$ (cộng số đo cung).

Một điểm coi là cung $0°$. Cả đường tròn là cung $360°$.
Ví dụ 2 — Tính số đo cung trong tam giác vuông cân

Tam giác $ABC$ vuông cân tại $A$, $O$ là trung điểm cạnh huyền $BC$. Đặt 3 điểm $A, B, C$ lên đường tròn $(O)$. Tính số đo các cung.

Tam giác vuông cân ABC nội tiếp đường tròn
Hình 3 — Tam giác $ABC$ vuông cân tại $A$, nội tiếp $(O)$
$\triangle ABC$ vuông cân tại $A$, $AO$ trung tuyến → $AO \perp BC$.
$\widehat{AOB} = \widehat{AOC} = 90°$.
$\text{sđ}\,\overset{\frown}{AB} = \text{sđ}\,\overset{\frown}{AC} = 90°$ (cung nhỏ).
Cung lớn $\overset{\frown}{ACB}$: $360° - 90° = 270°$. Tương tự $\overset{\frown}{ABC} = 270°$.
Hai nửa đường tròn chung mút $B, C$: mỗi nửa có số đo $180°$.
Ghi nhớ: Số đo cung nhỏ luôn $\leq 180°$. Số đo cung lớn luôn $\geq 180°$. Tổng cung nhỏ $+$ cung lớn (chung mút) $= 360°$.
3
Khoảng cách từ tâm đến dây — Tính bán kính

🔵 Tính chất quan trọng: Trong đường tròn $(O)$, nếu kẻ $OH \perp AB$ tại $H$ thì $H$ là trung điểm của dây $AB$.

Lý do: $\triangle OAB$ cân tại $O$ (vì $OA = OB = R$). Đường cao từ đỉnh $O$ xuống đáy $AB$ trong tam giác cân đồng thời cũng là đường trung tuyến → $H$ là trung điểm $AB$.

Quan hệ giữa $OH$, $R$ và $AB$
$OA^2 = OH^2 + HA^2$
tức là: $R^2 = OH^2 + \left(\dfrac{AB}{2}\right)^2$

🔵 Quy trình giải bài tính khoảng cách / tính bán kính / tính dây:

1
Kẻ $OH \perp AB$ tại $H$ → $H$ là trung điểm $AB$, tức $HA = HB = \dfrac{AB}{2}$.
2
Áp dụng định lí Pythagore trong $\triangle OAH$ vuông tại $H$: $OA^2 = OH^2 + HA^2$.
3
Nếu biết góc ở tâm $\widehat{AOB} = 2\alpha$, dùng tỉ số lượng giác trong $\triangle OAH$ với $\widehat{AOH} = \alpha$.
Ví dụ 3 — Tính khoảng cách bằng Pythagore

Cho $(O; 5\text{ cm})$ và dây $AB = 6$ cm.
a) Tính khoảng cách từ $O$ đến đường thẳng $AB$.
b) Tính $\tan \alpha$ nếu góc ở tâm chắn cung $\overset{\frown}{AB}$ bằng $2\alpha$.

Câu a:

Kẻ $OH \perp AB$ tại $H$. Do $\triangle OAB$ cân tại $O$ → $H$ là trung điểm $AB$.
$HA = \dfrac{AB}{2} = 3$ cm.
Trong $\triangle OAH$ vuông tại $H$: $OH = \sqrt{OA^2 - HA^2} = \sqrt{25 - 9} = 4$ cm.

Vậy khoảng cách từ $O$ đến $AB$ bằng $4$ cm.

Câu b:

$\widehat{AOB} = 2\alpha$. Do $OH$ là phân giác → $\widehat{AOH} = \alpha$.
$\tan \alpha = \dfrac{HA}{OH} = \dfrac{3}{4}$.
Ví dụ 4 — Tính bán kính khi biết góc ở tâm

Tâm $O$ cách dây $AB$ khoảng $3$ cm. Cung nhỏ $\overset{\frown}{AB}$ có số đo $100°$. Tính bán kính (làm tròn đến hàng phần mười).

Gọi $H$ là trung điểm $AB$ → $OH = 3$ cm, $OH \perp AB$.
$\widehat{AOB} = \text{sđ}\,\overset{\frown}{AB} = 100°$ → $\widehat{AOH} = 50°$.
Trong $\triangle OAH$ vuông tại $H$: $\cos 50° = \dfrac{OH}{OA} = \dfrac{3}{R}$.
$R = \dfrac{3}{\cos 50°} \approx \dfrac{3}{0{,}6428} \approx 4{,}7$ cm.
⚠️Lưu ý: Khi tính bán kính/khoảng cách, luôn nhớ tính chất $OH$ là phân giác của góc $\widehat{AOB}$ (vì $\triangle OAB$ cân tại $O$). Do đó nếu biết góc ở tâm, ta lấy nửa để áp dụng lượng giác trong tam giác vuông.
4
Bài toán thực tế — Đồng hồ và góc quay

Mặt đồng hồ là một đường tròn, trên đó các kim quay tạo nên các cung. Để giải các bài toán đồng hồ, ta cần nhớ tốc độ quay của mỗi kim:

🕐
Kim phút
$360°$ trong $60$ phút
$6°$ mỗi phút
Kim giờ
$360°$ trong $12$ giờ ($720$ phút)
$0{,}5°$ mỗi phút
Công thức tính số đo cung
Số đo cung quét được = (số phút) × (tốc độ quay mỗi phút)
Ví dụ 5 — Đồng hồ sau $36$ phút

Trong $36$ phút, mỗi kim vạch nên cung có số đo bao nhiêu độ?

Câu a — Kim phút:

Cách 1: $36 \times 6° = 216°$.
Cách 2: $\dfrac{36}{60} \times 360° = \dfrac{36 \times 360°}{60} = 216°$.

Câu b — Kim giờ:

Cách 1: $36 \times 0{,}5° = 18°$.
Cách 2: $\dfrac{36}{720} \times 360° = 18°$.
📌Mẹo nhớ nhanh: Kim phút quay nhanh gấp $12$ lần kim giờ ($6° / 0{,}5° = 12$). Vì thế trong cùng một khoảng thời gian, cung của kim phút luôn gấp 12 lần cung của kim giờ.
5
Tổng kết & ôn tập thêm
Khái niệmNội dung
Dây cungĐoạn thẳng nối hai điểm trên đường tròn
Đường kínhDây qua tâm, dài $2R$, là dây lớn nhất
CungPhần đường tròn giữa hai điểm
Góc ở tâmGóc có đỉnh trùng tâm đường tròn
Số đo cung nhỏ$=$ số đo góc ở tâm chắn nó
Số đo cung lớn$= 360° -$ số đo cung nhỏ
Nửa đường trònSố đo $= 180°$
Khoảng cách tâm–dâyKẻ $OH \perp AB$ → áp dụng Pythagore
Kim đồng hồKim phút: $6°$/phút; kim giờ: $0{,}5°$/phút
1
Điểm: 0/25

Luyện tập Cung và Dây nào!

25 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