(Luận văn) một số phương pháp giải bài toán cực trị hình học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HUỲNH HOA THÍNH lu an va n MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN gh tn to p ie CỰC TRỊ HÌNH HỌC d oa nl w fu an nv a lu oi m ll LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC z at nh z gm @ m co l an Lu Bình Định - Năm 2021 n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HUỲNH HOA THÍNH lu an n va p ie gh tn to MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN d oa nl w CỰC TRỊ HÌNH HỌC a lu Phương pháp tốn sơ cấp Mã số 8460113 fu an nv Chuyên ngành : : oi m ll z at nh z @ TS Trần Ngọc Nguyên gm Người hướng dẫn : m co l an Lu n va ac th si Lời cam đoan Tơi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn trung thực không trùng khớp với đề tài khác Tôi xin cam đoan kết luận văn, tài liệu tham khảo nội dung trích dẫn đảm bảo tính trung thực, xác Bình Định, ngày 20 tháng năm 2021 Tác giả lu an n va tn to p ie gh Huỳnh Hoa Thính d oa nl w oi m ll fu an nv a lu z at nh z gm @ m co l an Lu n va ac th si Lời cảm ơn Lời xin gởi đến TS Trần Ngọc Nguyên lời cảm ơn sâu sắc tận tình giúp đỡ thầy tơi suốt khóa học, đặc biệt q trình làm luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất thầy khoa Tốn Thống kê trường Đại Học Quy Nhơn, giảng viên Trường ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội, Trường ĐHKHTN-ĐHQG TPHCM, Trường ĐH Sài Gịn, Viện Tốn lu học, Trường CĐSP Gia Lai nhiệt tình giảng dạy chúng tơi suốt khóa an học va n Xin cảm ơn vị lãnh đạo chuyên viên Phòng Đào tạo sau đại gh tn to học Trường Đại Học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học p ie Tơi xin cảm ơn gia đình tơi, đồng nghiệp bạn học oa nl w viên Cao học khóa 22 hỗ trợ, động viên tơi suốt thời gian học Cuối cùng, kiến thức cịn hạn chế nên dù cố gắng chắn d a lu luận văn cịn nhiều thiếu sót Kính mong thầy cô bạn đồng nghiệp fu an nv đóng góp ý kiến để luận văn hồn chỉnh Tác giả oi m ll Bình Định, ngày 20 tháng năm 2021 z at nh z gm @ m co l Huỳnh Hoa Thính an Lu n va ac th si Mục lục Lời nói đầu lu an Kiến thức chuẩn bị Một số bất đẳng thức thông dụng 1.2 Một số kiến thức hình học thường dùng 1.2.1 Công thức Heron 1.2.2 Định lý cosin Hệ thức Leibniz n va 1.1 p ie gh tn to 1.2.3 oa nl w Bất đẳng thức tam giác 1.2.5 Cơng thức tính khoảng cách hai điểm không gian d a lu Các định lý cực trị hàm số fu an nv 1.3 1.2.4 Các phương pháp tìm cực trị hình học m ll Sử dụng phép biến đổi hình học 2.2 Sử dụng bất đẳng thức đại số 2.3 Sử dụng kiến thức giải tích oi 2.1 z at nh 23 29 z @ 38 gm Một số tốn cực trị hình học chọn lọc Bài toán đẳng chu 38 3.2 Các toán tam giác, tứ giác, đường trịn 3.3 Một số tốn tổ hợp 3.4 Một số toán khác 60 l 3.1 m co 47 an Lu 57 n va ac th si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Kết luận 76 Tài liệu tham khảo 77 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w oi m ll fu an nv a lu z at nh z gm @ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Một số kí hiệu lu an n va SM Diện tích hình M VABCD Thể tích tứ diện ABCD ∆ABC ∼ ∆A′ B ′ C ′ Tam giác ABC đồng dạng tam giác A′ B ′ C ′ f ′ (x) Đạo hàm hàm số f (x) p ie gh tn to d oa nl w oi m ll fu an nv a lu z at nh z gm @ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Mở đầu Các vấn đề cực đại cực tiểu phát sinh cách tự nhiên không lu khoa học - kỹ thuật ứng dụng chúng mà sống an hàng ngày Rất nhiều số có chất hình học như: tìm đường ngắn va n hai đối tượng thoả mãn số điều kiện hình có chu vi, diện gh tn to tích thể tích tối thiểu dạng tốn thường gặp Khơng có đáng p ie ngạc nhiên, người giải vấn đề thời gian lâu Một số người số họ, coi tiếng Heron (thế kỷ oa nl w thứ CN), Descartes (1596-1650), Jacob Steiner (1796-1863), I.F.Fagnano (1682-1766), Hermann Schwarz (1843-1921), v.v d fu an nv a lu Trong chương trình tốn Trung học nói chung, dạng tốn dành cho học sinh giỏi nói riêng, tốn tìm giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, đặc biệt toán tìm giá trị nhỏ nhất, lớn liên quan đến hình học m ll tốn thú vị tương đối khó, địi hỏi người giải tốn khơng có oi z at nh hệ thống kiến thức mà cịn có kỹ giải toán mức độ định Các toán giá trị nhỏ nhất, lớn hình học, cịn gọi z @ tốn cực trị hình học, thường tốn đơi khơng cho sẵn điều gm phải chứng minh mà đòi hỏi người làm tốn phải tự tìm lấy kết l Nhằm hướng đến việc trình bày cách hệ thống phương pháp hay m co dùng để giải tốn cực trị hình học, hướng dẫn Lu TS Trần Ngọc Nguyên, chọn đề tài luận văn: "Một số phương pháp giải an n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an tốn cực trị hình học" để nghiên cứu vài phương pháp điển hình dùng để tìm lời giải tốn cực trị hình học Bên cạnh đó, đề tài giới thiệu số dạng toán cực trị thường gặp với lời giải chi tiết số toán tương tự dành cho bạn đọc Ngoài mục lục, danh mục ký hiệu, phần mở đầu phần kết luận, nội dung luận văn chúng tơi trình bày chương: Chương 1: Kiến thức chuẩn bị Trong chương này, giới thiệu số kiến thức cần thiết thường dùng giải tốn cực trị hình học như: số lu bất đẳng thức thông dụng, công thức Heron diện tích tam giác, định an lý cực trị hàm số va n Chương 2: Các phương pháp tìm cực trị hình học Nội dung trọng tâm chương gh tn to trình bày số phương pháp khác để giải toán cực trị hình p ie học Một phương pháp là: sử dụng phép biến đổi hình học oa nl w phép đối xứng, phép quay, phép vị tự Phương pháp sử dụng bất đẳng thức đại số Phương pháp cuối giới thiệu sử dụng kiến thức giải tích d a lu Chương 3: Một số tốn cực trị hình học chọn lọc Ở đây, thảo fu an nv luận số toán đẳng chu, toán thú vị Malfatti, số toán m ll tổ hợp số tốn khác oi Ngồi việc cố gắng trình bày cách toàn diện giải pháp kỹ thuật, z at nh cố gắng giới thiệu nhiều tốn với cấp độ khó khác z gm @ Do hạn chế mặt thời gian, lực thân nên giải pháp trình bày luận văn phần nhỏ, minh hoạ cho toán l Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện m co cực trị hình học Rất mong nhận quan tâm, đóng góp ý kiến an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Chương Kiến thức chuẩn bị lu an va n Trong chương này, chúng tơi trình bày số kiến thức sở để chuẩn bị gh tn to cho chương sau luận văn Cụ thể, nhắc lại số bất đẳng thức thông dụng, cơng thức Heron diện tích tam giác định lý cực p ie Một số bất đẳng thức thông dụng d 1.1 oa nl w trị hàm số a lu fu an nv Chúng liệt kê bên số bất đẳng thức đại số kinh điển thường sử dụng giải tốn cực trị hình học m ll oi Định lý 1.1.1 (Bất đẳng thức trung bình cộng - Trung bình nhân (AM-GM)[1]) z at nh Giả sử x1 , x2 , · · · , xn số không âm Khi √ x1 + x + · · · + xn ≥ n x1 x · · · xn n z (1.1) gm @ Dấu đẳng thức xảy x1 = x2 = · · · = xn l m co Định lý 1.1.2 (Bất đẳng thức trung bình cộng trung bình bậc hai [13]) an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 64 Giải Xét phép quay tâm A, góc quay 1200 , cho tia AC nằm tia AB tia AC ′ (Hình 3.26) lu an va n Hình 3.26: Hình vẽ Bài tốn 3.4.5 tn to p ie gh Ta có oa nl w Q120 : C A M → M′ d √ a lu Dễ thấy CM = C ′ M ′ ; 3M A = M M ′ B, A, C ′ thẳng hàng fu an nv Vậy → C′ m ll √
min( 3M A + M B + M C) ⇔ M M ′ + M B + M ′ C ′ oi ⇔ BM + M M ′ + M ′ C ′
z at nh ⇔ B, M, M ′ , C ′ thẳng hàng xếp theo thứ tự z ⇔ M ≡ A @ gm √ Tóm lại ( 3M A + M B + M C) nhỏ M trùng với A giá trị m co l nhỏ BC ′ = AB + AC Lu Bài tốn 3.4.6 Cho góc vuông xAy Các điểm B, C khác A di động BC √ AB + AC an tia Ax, Ay tương ứng Tìm giá trị nhỏ biểu thức n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 65 Hình 3.27: Hình vẽ Bài tốn 3.4.6 Giải Áp dụng bất đẳng thức Cauchy - Schwarz ta có √
2
AB + AC ≤ AB + AC = 4BC lu √ BC √ ≥ AB + AC √ AC AB = √ hay AC = 3AB Đẳng thức xảy BC √ , lúc ∆ABC vng Vậy giá trị nhỏ biểu thức AB + AC b A có C = 30 an Suy AB + AC ≤ 2BC Do n va p ie gh tn to oa nl w Bài tốn 3.4.7 Cho hình lập phương ABCDA1 B1 C1 D1 , tìm điểm M cạnh AB cho: d (a) Góc B1 M C1 lớn nhất; a lu (b) Góc A1 M C1 nhỏ fu an nv Giải oi B\ M C1 = φ (Hình 3.28) m ll (a) Đặt cạnh hình lập phương có độ dài 1, BM = x, ≤ x ≤ 1, z at nh z gm @ m co l an Lu Hình 3.28: Hình vẽ Bài tốn 3.4.7 n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 66 Khi B1 M = p + x2 , C1 M = p B1 M + B1 C1 = p + x2 (vì C\ B1 M = 90 ) ta B1 M cos φ = = C1 M r + x2 + x2 + x2 ≥ , đẳng thức xảy x = Như 2+x \ B1 M C1 lớn M trùng với B B\ M C1 = 45 Do cos φ ≥ √ , lu (b) Đặt AM = x, ≤ x ≤ 1, A\ M C = φ q √ √ Khi A1 M = + x2 , C1 M = + (1 − x)2 , A1 C1 = (Hình 3.28) an n va tn to Áp dụng định lý cosin cho ∆A1 M C1 ta có p ie gh cos φ = x2 − x + A1 M + C1 M − A1 C1 √ =√ 2A1 M.C1 M x2 + x2 − 2x + oa nl w Vì x2 − x + > với x, nên ta cần tìm giá trị nhỏ hàm số
2 f (x) = d a lu Ta có f ′ (x) = (x2 x2 − x + x −x+1 , khoảng [0, 1] + 1) (x2 − 2x + 3)

x3 + 3x − m ll fu an nv , dấu f ′ (x) xác định 2 (x2 + 1) (x2 − 2x + 3) dấu hàm số g(x) = x3 + 3x − [0, 1] Vì g(x) tăng nghiêm ngặt (g ′ (x) = 3x2 + > ) g(0) = −2, g(1) = nên theo định lý giá trị trung oi z at nh gian phương trình x3 + 3x − = có nghiệm x0 ∈ (0, 1) Do hàm f (x) giảm khoảng (0, x0 ) tăng khoảng (x0 , 1) Mặt khác z 1 > = f (1) Do giá trị lớn f (x) [0, 1] x = \ Như A1 M C1 nhỏ M trùng với A cos φ = √ f (0) = gm @ l m co Bài toán 3.4.8 (Đề thi tuyển sinh vào lớp 10 trường THPT chuyên Lê Hồng Phong TP Hồ Chí Minh, 1993 - 1994).Tìm kích thước tam giác có diện tích an Lu lớn nội tiếp đường trịn (O; R) cho trước n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 67 Giải Với tam giác ABC nội tiếp đường tròn (O; R), kẻ AH OK vng góc với BC (Hình 3.29) lu an Hình 3.29: Hình vẽ Bài tốn 3.4.8 va n Đặt OK = x (0 ≤ x < R), ta có tn to p ie gh BC = p R − x2 AH ≤ AK ≤ OA + OK = R + x oa nl w Do d AH.BC p p p (R + x) R2 − x2 = R R2 − x2 + x R2 − x2 ≤ 2√  √  √   3R p √ p 2 = R −x + 3x R − x2 3 oi m ll fu an nv a lu SABC = z at nh Áp dụng bất đẳng thức AM-GM cho hai số không âm, ta   √ √ + z
3x.2 + R2 − x2 gm @ 3R + R − x2 √ 3R2 = SABC ≤ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 68 Đẳng thức xảy khi:     H≡K     AB = AC ⇔ O nằm A K √   BAC [ = 600  √ √    R = R2 − x2 = 3x √ Tức tam giác ABC đều, có cạnh R Bài tốn 3.4.9 Xét tứ giác lồi ABCD có AB = BC = CD = a Tìm giá trị lớn diện tích tứ giác ABCD lu an Giải Vẽ AH⊥CD, BK⊥AC Đặt AC = x (0 < x < 2a) (Hình 3.30) n va p ie gh tn to d oa nl w a lu r Khi BK = a2 − fu an nv Hình 3.30: Hình vẽ Bài tốn 3.4.9 m ll x2 AH ≤ AC = x Ta có 1 BK.AC + AH.CD 2r oi SABCD = SABC + SADC = z at nh √ x2 x + x.a r  √  √ ! √ x 3 a2 − x + a x gm = a2 − @ z ≤ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 69 Áp dụng bất đẳng thức AM-GM cho hai số không âm, ta    2 √ ≤ 2 √ 3a = SABCD x x a − + 12 Đẳng thức xảy   H≡C    r 1√ + 2 x2 a +   lu an n va gh tn to √  ACD [ = 900 x ⇔ a − = x   AC = √3a √     a = 3x √ 3a2 Vậy giá trị lớn diện tích tứ giác ABCD đạt DA = a hình thang cân (AB//CD) có AB = BC = CD = p ie Bài toán 3.4.10 (Thi tuyển sinh ĐH Hàng Hải 1995) Cho góc tam diện vng oa nl w Oxyz Điểm N cố định nằm góc tam diện, mặt phẳng (P ) qua N cắt Ox, Oy, Oz A, B, C Gọi khoảng cách từ N đến mặt phẳng (OBC), (OCA), d (OAB) a, b, c a lu a Tính OA, OB, OC để thể tích tứ diện OABC đạt giá trị nhỏ fu an nv b Tính OA, OB, OC để OA + OB + OC đạt giá trị nhỏ m ll Giải Chọn hệ trục toạ độ Oxyz , từ giả thiết ta N (a; b; c) (Hình 3.31) oi Khi đó, phương trình mặt phẳng (P ) qua N có dạng: z at nh (P ) : α (x − a) + β (y − b) + γ (z − c) = (α, β, γ > 0) z @ gm Từ đó, cách lấy giao điểm (P ) với Ox, Oy, Oz ta được:   aα + bβ + cγ , α ⇒ OB = aα + bβ + cγ , β  an aα + bβ + cγ 0; ;0 β Lu B ⇒ OA = m co  l aα + bβ + cγ ; 0; α A n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 70  C aα + bβ + cγ 0; 0; γ  ⇒ OC = aα + bβ + cγ γ Áp dụng bất đẳng thức AM - GM, ta có VOABC (aα + bβ + cγ)3 = OA.OB.OC = 6 αβγ
3 √ 3 aαbβcγ ≥ αβγ 9abc = 9abc , đạt aα = bβ = cγ Khi đó: aα + bβ + cγ aα + aα + aα OA = = = 3a, α α aα + bβ + cγ bβ + bβ + bβ OB = = = 3b, β β cγ + cγ + cγ aα + bβ + cγ = = 3c OC = γ γ lu Vậy VOABC = an n va p ie gh tn to d oa nl w oi m ll fu an nv a lu z at nh Hình 3.31: Hình vẽ Bài tốn 3.4.10 z gm @ b Áp dụng bất đẳng thức AM - GM, ta có m co l aα + bβ + cγ aα + bβ + cγ aα + bβ + cγ + + α β γ       bβ aα cγ aα cγ bβ = a+b+c+ + + + + + α β α γ β γ  √ √ √ √ √ √ 2 ≥ a + b + c + ba + ac + cb = a+ b+ c OA + OB + OC = an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 71 Vậy min(OA + OB + OC) = √ a+ √ b+ √
2 c , đạt  bβ aα  =   β   α      cγ aα ⇔ aα2 = bβ = cγ = α γ bβ cγ = β γ Khi aα + bβ + cγ α bβ cγ + = a+ α r α r a a = a+b +c b c √ √ = a + ab + ac OA = lu an n va √ √ √ gh tn to √ Tương tự OB = b + ba + bc, OC = c + ca + cb p ie Bài toán 3.4.11 Cho khối chóp tam giác nội tiếp khối cầu bán kính R oa nl w Tính kích thước khối chóp tích lớn Giải Gọi H tâm tam giác ABC Vì SH đường cao hình d chóp S.ABC nên SH trục tam giác ABC (Hình 3.32) oi m ll fu an nv a lu z at nh z gm @ Hình 3.32: Hình vẽ Bài tốn 3.4.11 l Trong mặt phẳng (SAH) gọi O giao điểm đường trung trực SA với m co SH O tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp bán kính mặt cầu Gọi I trung điểm SA tứ giác AHOI nội tiếp, nên: an Lu R = SO n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 72 SA2 SA2 = 2SH √2h a a2 + 3h2 2 2 Mà SA = SH + AH = h + = 3 a2 + 3h2 Từ suy R = SO = ⇒ a2 = 3h (2R − h) 6h √ √ a2 h 3 Thể tích khối chóp là: VSABC = SABC SH = = 3h (2R − h) h 12 12 Suy thể tích khối chóp lớn h (2R − h) h lớn SO.SH = SI.SA ⇒ SO = Áp dụng bất đẳng thức AM − GM cho ba số không âm, ta có:  lu 1 h + h + 4R − 2h h.h (2R − h) = h.h (4R − 2h) ≤ 2 an n va tn to Dấu ” = ” xảy h = 4R − 2h ⇔ h = 3 4R Vậy khối chóp tích lớn chiều cao p ie gh √ 2R cạnh đáy a = 4R độ dài oa nl w Bài tốn 3.4.12 Trong khối chóp tứ giác nội tiếp khối cầu bán kính R, tính kích thước khối chóp tích lớn d a lu Giải Ký hiệu độ dài cạnh đáy hình chóp a, chiều cao h, thể tích fu an nv khối chóp V (Hình 3.33) oi m ll z at nh z gm @ m co l Hình 3.33: Hình vẽ Bài tốn 3.4.12 a2 + 2h2 4h an Lu Ta có bán kính khối cầu ngoại tiếp khối chóp tứ giác R = n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 73 Suy a2 = 4Rh − 2h2 Do thể tích khối chóp là:
1 V = a2 h = 4Rh − 2h2 h = h2 (2R − h) 3 Suy V lớn h2 (2R − h) lớn Áp dụng bất đẳng thức AM − GM , ta  1 h + h + 4R − 2h h (2R − h) = h.h (4R − 2h) ≤ 2 lu Dấu ” = ” xảy h = 4R − 2h ⇔ h = an n va Suy a = 4R 3 4R tn to Vậy khối chóp tích lớn chiều cao đáy a = Một cách tổng quát, số khối chóp n-giác nội tiếp khối cầu p ie gh 4R 4R cạnh bán kính R cho trước khối chóp n-giác có chiều cao h = d oa nl w √ π 4R sin tích lớn a= n 4R cạnh đáy a lu Bài toán 3.4.13 (Đề thi IMC, THCS, 2015) E điểm cạnh BC fu an nv hình vng ABCD cho BE = 20cm, CE = 28cm P điểm đường chéo BD Giá trị nhỏ độ dài P E + P C cm ? m ll oi Giải Lấy F điểm thuộc cạnh AB cho BF = BE Khi F z at nh E đối xứng qua BD (Hình 3.34) z gm @ m co l an Lu Hình 3.34: Hình vẽ Bài tốn 3.4.13 n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 74 Từ bất đẳng thức tam giác, ta có P E + P C = P F + P C ≥ CF, đẳng thức xảy P ∈ F C F C = √ BC + BF = √ 482 + 202 = 52 Vậy giá trị nhỏ P E + P C 52 cm Một số toán tương tự Bài toán 3.4.14 Trong tam giác có độ dài cạnh đáy diện tích, tìm tam giác có chu vi nhỏ lu an Bài toán 3.4.15 (Thi HSG lớp Hà Nội năm 1985) Cho tam giác ABC , điểm n va gh tn to P nằm tam giác Kẻ P A′ ⊥BC , P B ′ ⊥AC, P C ′ ⊥AB Xác định vị trí P BC CA AB để + + nhỏ ′ ′ PA PB P C′ p ie Bài toán 3.4.16 (Thi HSG Hà Nội năm 1999) Cho đoạn thẳng AB song song oa nl w với đường thẳng d M điểm nằm nửa mặt phẳng bờ AB không chứa d (M không thuộc đoạn thẳng AB ) Gọi C, D giao điểm tia d M A, M B với d Tìm quỹ tích điểm M cho tam giác M CD có diện tích fu an nv a lu nhỏ Bài toán 3.4.17 (Thi HSG Mĩ năm 1972) Qua điểm O nằm góc, lớn 1 + có giá trị OB OC oi m ll dựng đường thẳng cắt hai cạnh góc B C cho z at nh Bài toán 3.4.18 (Thi HSG Bỉ năm 1982) Trong tam giác có chu vi cho z gm @ trước, tìm tam giác có bán kính đường trịn nội tiếp lớn l Bài toán 3.4.19 (Đại học Tổng hợp TP.HCM-1995) Cho tam giác OAB m co có cạnh a > Trên đường thẳng d qua O vng góc với mp(OAB) lấy an M B, OB Đường thẳng EF cắt d N Lu điểm M với OM = x Gọi E, F hình chiếu vng góc A lên n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 75 a) Chứng minh AN ⊥BM b) Xác định x để thể tích tứ diện ABM N nhỏ Bài tốn 3.4.20 (Đại học kỹ thuật TP.HCM-1998) Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình vng cạnh a, cạnh bên SA = h SA⊥(ABCD) M điểm thay đổi cạnh CD Đặt CM = x a) Hạ SH⊥BM Tính SH theo a, h x b) Xác định vị trí M để thể tích tứ diện SABH đạt giá trị lớn tính giá trị lớn lu an n va p ie gh tn to d oa nl w oi m ll fu an nv a lu z at nh z gm @ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 76 Kết luận Nội dung chủ yếu luận văn nhằm nghiên cứu ứng dụng số lu phương pháp giải toán cực trị hình học Luận văn đạt số kết an sau: va n 1) Trình bày phương pháp để người làm toán lựa chọn đứng gh tn to trước toán cực trị hình học: Phương pháp sử dụng phép biến p ie đổi hình học, phương pháp sử dụng bất đẳng thức đại số, phương pháp oa nl w sử dụng kiến thức giải tích 2) Hệ thống tập áp dụng trình bày chi tiết phương pháp để d giải tốn cực trị hình học đến kết cuối a lu fu an nv 3) Luận văn nghiên cứu cách có hệ thống kỹ thuật để giải tốn cực trị hình học Giúp làm sở để giải toán m ll chương trình tốn học phổ thơng giúp đưa toán oi Hướng nghiên cứu luận văn mở rộng thêm vào vấn z at nh đề: Áp dụng phương pháp vec tơ để giải tốn cực trị hình học z gm @ m co l an Lu n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 77 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Mậu, Bất đẳng thức Định lý áp dụng, NXB Giáo dục lu an [2] Nguyễn Hữu Điển, Phương pháp giải tốn cực trị hình học, NXB va n Khoa học Kỹ thuật tn to [3] Thái Thuần Quang (chủ biên), Nguyễn Dư Vi Nhân, Mai Thành Tấn, Nguyễn p ie gh Ngọc Quốc Thương, Giáo trình Giải tích 1, Bình Định 6/2016 oa nl w [4] Tuyển chọn theo chuyên đề Toán học Tuổi trẻ NXB Giáo dục d [5] Trịnh Đào Chiến, Đồng thức Leibniz Bài giảng cho học viên Cao học khoá fu an nv a lu 22 (2019-2021) [6] Titu Andreescu, Oleg Mushkarov, Luchezar Stoyanov, Geometric Problems on m ll Maxima and Minima, Birkhăauser Basel 2006 oi z at nh [7] L.F.Túth, Lagerungen in der Ebene auf der Kugel und im Raum, Die Grundlehren z der Mathematischen Wissenschaften in Einzeldarstellungen, Band 65, Springer- gm @ Verlag, Berlin 1972 l m co [8] W Blaschke, Kreis and Kugel, Walter de Gruyter and Co., Berlin, 1956 an Lu [9] R.Courant and H Robbins, What Is Mathematics?, Oxford University Press, London, 1941 n va ac th Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn si C.vT.Bg.Jy.Lj.Tai lieu Luan vT.Bg.Jy.Lj van Luan an.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn