SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐĂK LĂK
TRƯỜNG THPT TRẦN QUANG KHẢI
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI: RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG
PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
Người viết: Phạm Tín
CưM’gar, tháng 02 năm 2012
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
A. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Ở THPT, các em học sinh đã được tiếp cận với phương pháp tọa độ trong
mặt phẳng và trong không gian. Thế nhưng các bài toán mà sách giáo khoa đưa
ra chỉ nhằm mục đích giúp học sinh bước đầu biết được có cái gọi là phương
pháp tọa độ, và áp dụng phương pháp này vào các bài toán đơn giản như: lập
phương trình đường thẳng, đường elip, đường tròn, mặt phẳng, mặt cầu... và các
bài toán về khoảng cách và góc. Do đó, học sinh chưa thấy được khả năng giải
quyết của phương pháp tọa độ.
Phương pháp tọa độ nếu biết vận dụng tốt, nó thực sự là một công cụ đắc
lực để giải quyết nhiều bài toán mà ở hình học phẳng, hình học không gian giải
quyết khó khăn.
Với lý do đó, tôi chọn đề tài “Rèn luyện và sử dụng phương pháp tọa độ
trong mặt phẳng” giúp các thầy cô giáo có thêm một tài liệu tham khảo trong
quá trình giảng dạy của mình, giúp học sinh phân loại và rèn luyện một số kỹ
năng cơ bản khi áp dụng phương pháp tọa độ phẳng vào giải toán tổng hợp. Và
phần nào đó, đề tài còn cho thấy được khả năng giải quyết mạnh mẽ các vấn đề
của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
2. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu cơ sở lý luận tư duy hàm, nghiên cứu nội dung chương trình
hình học THPT, các bài toán dành cho học sinh khá, giỏi từ đó xây dựng các
thao tác cần thiết để giúp học sinh sử dụng tốt phương pháp tọa độ vào giải các
bài toán tổng hợp.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Để đạt được mục đích trên, đề tài tập trung làm rõ các vấn đề sau:
+ Khái niệm về tư duy hàm.
+ Cơ sở lý luận của phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
+ Các bước cơ bản cần có trước khi có thể giải một bài toán bằng phương
pháp tọa độ.
+ Các dạng bài tập áp dụng tốt phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
4. Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp nghiên cứu lý luận: nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo
liên quan đến vấn đề sử dụng phương pháp tọa độ; nghiên cứu chương trình
giáo khoa của bộ môn.
2
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
+ Phương pháp nghiên cứu thực tế: thông qua việc dạy và học phân môn
Hình học ở THPT rút va một số nhận xét, và phương pháp giúp học sinh rèn
luyện kỹ năng giải toán bằng tọa độ.
+ Phương pháp kiểm chứng sư phạm: tiến hành dạy và kiểm tra khả năng
ứng dụng của học sinh nhằm minh chứng bước đầu cho khả năng giải quyết
mạnh mẽ của phương pháp tọa độ và việc áp dụng phương pháp tọa độ vào giải
toán.
5. Đóng góp của đề tài:
- Về lý luận:
+ Góp phần làm rõ thêm một nội dung của tư duy toán học: Tư duy hàm.
+ Góp phần làm rõ lý luận phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
- Về thực tiễn:
+ Phân loại một số bài toán áp dụng tốt phương pháp tọa độ.
+ Xây dựng hệ tọa độ phẳng tương đối tối ưu cho bài toán.
+ Góp phần rèn luyện và phát triển khả năng tư duy hàm.
3
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
B. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÝ LUẬN
1. Tư duy hàm:
Tư duy hàm là một loại của tư duy toán học. Tư duy hàm liên hệ chặt chẽ
với khái niệm hàm số, phép biến hình.
Tư duy hàm là phương thức tư duy đặc trưng bởi sự nhận thức quá trình
phát triển các quan hệ chung và riêng giữa các đối tượng toán học hay giữa các
tình chất của chúng.
2. Hệ tọa độ phẳng Oxy:
a. Hệ tọa độ Oxy:
Hệ tọa độ Oxy gồm 2 rtrục Ox và Oy vuông góc nhau tại O. Ox, Oy lần
r
lượt có vectơ đơn vị là i và j .
rr
i . j 0
r r
i j 1
b. Tọa độ của vectơ:
r
r
r
r
Nếu a x.i y. j thì cặp số x; y được gọi là tọa độ của vectơ a và
r
r
được viết là: a x; y hoặc a x; y .
c. Tọa độ của điểm:
uuuu
r
Nếu vectơ OM x; y thì cặp số x; y được gọi là tọa độ của điểm M
và được viết là: M x; y .
d. Hai vectơ bằng nhau:
r
a1 b1
r r
r
a
Cho a a1; a2 , b b1 ; b2 thì b
.
a2 b2
e. Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ:
r
r
Cho a a1; a2 , b b1 ; b2 , ta có:
r r
a b a1 b1; a2 b2
r
k .a ka1; ka2 , k �
f. Quan hệ giữa tọa độ của vectơ và tọa độ của điểm:
4
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
uuu
r
Nếu A x A ; y A , B xB ; yB thì AB xB x A ; yB y A .
g. Hai vectơ cùng phương:
r
r
r
Cho a a1; a2 , b b1 ; b2 0 . Khi đó:
r
a1 kb1
r
r r
a , b cùng phương k �: a kb k �:
a2 kb2
h. Tích vô hướng của hai vectơ:
r
r
Cho a a1; a2 , b b1 ; b2 .
r
r
+ Biểu thức tọa độ của tích vô hướng:Tích vô hướng của a và b ký hiệu
rr
là ab là một số được xác định theo công thức:
rr r r
r r
ab a b cos a , b a1b1 a2b2
+ Các ứng dụng của tích vô hướng:
r
Độ dài của vectơ: a a12 a2 2
Khoảng cách giữa hai điểm A x A ; y A , B xB ; yB :
uuu
r
2
2
AB AB xB x A y B y A
rr
r r
ab
a1b1 a2b2
Góc giữa hai vectơ: cos a , b r r
a b
a12 a2 2 b12 b2 2
i. Tọa độ trung điểm đoạn thẳng, tọa độ trọng tâm tam giác:
I xI ; y I là trung điểm của AB với A x A ; y A , B xB ; y B thì:
x A xB
xI 2
y y A yB
I
2
G xG ; yG là trọng tâm của tam giác ABC với A x A ; y A , B xB ; yB , và
C xC ; yC thì:
5
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
x A xB xC
x
G
3
y y A yB yC
G
3
j. Phương trình đường thẳng:
r
Đường thẳng đi qua điểm A xo ; yo và nhận n a; b làm vectơ pháp
tuyến có phương trình tổng quát là:
a x xo b y yo 0
hay ax by c 0, c axo byo
r
Đường thẳng đi qua điểm A xo ; yo và nhận u u1; u2 làm vectơ chỉ
phương có phương trình tham số là:
x xo tu1
t �
y
y
tu
o
2
k. Khoảng cách từ một điểm đến một đường thẳng:
Khoảng cách từ điểm M xo ; yo đến đường thẳng : ax by c 0
được ký hiệu là d M , và:
d M ,
axo byo c
a 2 b2
l. Phương trình đường tròn:
Đường tròn C tâm I a; b , bán kính R có phương trình là:
x a
2
y b R2
2
hay x 2 y 2 2ax 2by c 0, c a 2 b 2 R 2
m. Phương trình đường elip:
Elip E có độ dài trục lớn là 2a, độ dài trục bé là 2b có phương trình là:
x2 y 2
E : 2 2 1
a
b
n. Phương trình đường hyperbol:
Hyperbol H có độ dài trục thực là 2a, độ dài trục ảo là 2b có phương
trình là:
6
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
H :
x2 y2
1
a 2 b2
7
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
II. MỘT SỐ BÀI TẬP VÀ CÁCH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ
TRONG MẶT PHẲNG.
1. Xây dựng hệ tọa độ.
Xây dựng hệ tọa độ hợp lý là điều rất cần thiết cho việc ứng dụng của
phương pháp tọa độ trong việc giải toán. Đây là bước đầu tiên của bài giải.
Người giáo viên cần hướng dẫn khéo léo giúp học sinh nhận ra các tính chất đặc
biệt của bài toán, ở đây chủ yếu là sử dụng tính vuông góc, để xây dựng một hệ
tọa độ mà trên đó các tham số được giảm một cách tối ưu nhất.
Ở đây, ta xem xét một số trường hợp áp dụng tốt phương pháp này.
Đối với các bài toán có một trong các tứ giác như: hình vuông, hình chữ
nhật, tam giác vuông. Đối với các hình như vậy ta có thể chọn hệ trục tọa độ có
gốc nằm tại một đỉnh vuông, có hai trục Ox và Oy chứa 2 cạnh tương ứng của
góc vuông đó. Và chọn đơn vị trên các trục bằng độ dài của một trong hai cạnh
góc vuông. Bằng cách chọn như vậy, các tham số được giảm tối đa có thể. Và
dạng hình này cũng là dạng áp dụng thuận lợi nhất phương pháp tọa độ trong
mặt phẳng này.
Đối với các bài toán có chứa tam giác đều, tam giác cân, tam giác
thường. Ta có thể xây dựng một hệ trục bằng cách dựa vào đường cao. Cụ thể,
ta dựng đường cao từ một đỉnh bất kỳ (đối với tam giác cân ta nên dựng đường
cao từ đỉnh cân). Chân đường cao khi đó chính là góc tọa độ, cạnh đáy và
đường cao vừa dựng nằm trên hai trục tọa độ.
8
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
Đối với các bài toán có chứa các đường tròn thì ta có thể chọn góc tọa độ
nằm tại tâm của đường tròn và đơn vị của hệ tọa độ bằng bán kính đường tròn,
một hoặc hai trục chứa bán kính, đường kính của đường tròn.
Tuy nhiên, khi áp dụng thì không cứng nhắc trong việc chọn hệ trục tọa
độ. Nên để học sinh linh hoạt và tìm ra cách chọn tối ưu cho bài toán.
Một số bài toán có thể có nhiều đối tượng hình học trên đó, thì tùy vào
giả thuyết ta chọn hệ trục tọa độ cho phù hợp.
2. Một số bài toán áp dụng phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
a. Chứng minh các tính chất hình học.
Phương pháp tọa độ được áp dụng tốt nhất cho các bài toán mà trên đó có
quan hệ vuông góc xuất hiện. Nếu bài toán có các đối tượng như là: hình vuông,
hình chữ nhật, tam giác vuông.
Bài toán 1: Cho hai hình vuông ABCD và AB ' C ' D ' cùng chiều. Chứng
minh rằng các đường thẳng BB ', CC ', DD ' đồng quy.
Bài toán này nếu sử dụng phương pháp tổng hợp thì khá rắc rối. Tuy
nhiên, nếu sử dụng phương pháp tọa độ
thì khá đơn giản.
Để áp dụng phương pháp tọa độ,
đầu tiên ta giúp học sinh xây dựng một
hệ tạo độ Oxy cho bài toán. Ở bài toán
này, việc xây dựng hệ tọa độ khá đơn
giản. Ta có thể chọn hệ trục Oxy sao cho
hình vuông ABCD có 2 cạnh nằm trên 2
trục này.
9
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
Lời giải:
Chọn hệ trục tọa độ sao cho A 0;0 , B 0;1 , D 1;0 . Suy ra C 1;1 .
Gọi B(a;b) vì hai hình vuông cùng chiều nên ta suy ra D’(b;-a),
C’(a+b;b-a).
Khi đó:
Đường thẳng BB’ có phương trình:
1 b x a y 1 0
hay 1 b x ay a (1)
Đường thẳng CC’ có phương trình:
1 a b x 1 a b 1 y 1 0
hay
a 1 b x a b 1 y 2a (2)
Đường thẳng DD’ có phương trình:
a x 1 b 1 y 0 hay ax b 1 y a (3)
Ta có (1) + (3) được phương trình (2). Do đó BB’ và DD’ cắt nhau tại
(xo;yo) thì (xo;yo) cũng thỏa phương trình của đường thẳng CC’.
Vậy 3 đường thẳng BB’, CC’ và DD’ đồng quy.
Cách chọn độ dài hình vuông bằng 1 giúp giảm thiểu các tham số
không cần thiết, rất có lợi cho việc tính toán.
Bài toán 2: Cho đường tròn (O) tâm O, đường kính AB. C là một điểm thay đổi
trên đường tròn (O) sao cho tam giác ABC không cân tại C. Gọi H là chân
đường cao của tam giác ABC hạ từ C. Hạ HE, HF vuông góc với AC, BC tương
ứng. Các đường thẳng EF và AB cắt nhau tại K . Gọi D là giao điểm của (O)
và đường tròn đường kính CH ,D ≠ C. Chứng minh rằng K, D, C thẳng hàng.
10
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
Bài này hình vẽ khá rắc rối và có thể ít khi nào các bạn nghĩ tới
phương pháp tọa độ mà nghĩ tới các phương pháp khác. Tuy nhiên, nếu
biết cách chọn trục một cách khéo léo thì dùng phương pháp tọa độ ta giải
bài toán này mà không phải tính toán quá nhiều.
Ở đây ta chọn gốc tọa độ tại chân đường cao của tam giác ABC (lợi
dụng được tính vuông góc) và đặt AB=2, khoảng cách từ chân đường cao H
đến tâm O thay đổi tùy theo vị trí của C và ta đặt HO=a. Gọi HC=b. Từ đó
chúng ta xây dựng được một hệ trục khá thuận lợi cho bài toán.
Lời giải cụ thể cho bài toán như sau:
Dựng hệ trục Oxy sao cho: H(0;0), O(0;a), A(-1+a), B(0;1+a) và C(0;b).
2
2
Khi đó b 1 a 1 a 1 – a
2
b b2
Phương trình đường tròn (I;IC): x y
2
4
2
Phương trình đường tròn (O;1): x a y 2 1
2
Đường thẳng CD là trục đẳng phương của hai đường tròn (I;IC) và (O;1)
nên có phương trình là:
b2
b2
2ax a by –
1–
2ax – by b 2 0
4
4
2
Phương trình đường thẳng AC:
x
y
1 bx a – 1 y b a – 1
a 1 b
Phương trình đường thẳng HE: a – 1 x – by 0
b 2 b 1 – a
;
Suy ra tọa độ điểm E
2
2
y
Suy ra phương trình đường thẳng EF:
b
2
x
b 2 b 1 a b
2
2
2
b 2
K
;0
Suy ra tọa độ giao điểm K của EF và AB là
2
a
Dễ thấy tọa độ điểm K thỏa phương trình đường thẳng CD, suy ra K
thuộc CD.
11
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
Vậy 3 điểm K, C, D thẳng hàng.
Nhận xét: Bài toán trên là bài toán khá hay và có nhiều cách giải.
Trong cách giải bằng phương pháp tọa độ như trên, nhận xét CD là trục
đẳng phương của hai đường tròn (O) và (I) là khá quan trọng, giúp ta giảm
nhiều trong việc tính toán. Ý tưởng này cũng thường hay được sử dụng để
viết phương trình đường thẳng qua giao điểm của hai đường tròn hay là
đường thẳng đi qua hai tiếp điểm.
Bài toán 3: Cho tam giác ABC, đường tròn đường kính BC cắt AB, AC lần lượt
tại E và D. Gọi F, H là hình chiếu của D và E trên BC. Gọi M là giao điểm của
EF và DG. Chứng minh rằng AM⊥ BC.
Nhìn vào đề bài có nhiều yếu tố vuông góc và hình vẽ thì thấy bài
toán này rất thuận lợi trong việc áp dụng phương pháp tọa độ.
Lời giải
Ta chọn hệ trục như sau: chân đường cao hạ từ A là H làm gốc tọa độ,
A(0;1), B(0;b) và C(0;c)
Khi đó phương trình đường thẳng AC: x cy c 0
Phương trình đường thẳng AB: x by b 0
Phương trình đường cao BD: cx y bc 0
Phương trình đường cao CE: bx y bc 0
12
RÈN LUYỆN VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
bc 2 c c 2 bc
cb 2 b b 2 bc
, 2
; 2
Tọa độ điểm D 2
và E 2
c 1 c 1
b 1 b 1
bc 2 c cb 2 b
;0 , G 2
;0
Suy ra tọa độ điểm F 2
c 1 b 1
cb 2 b
x 2
y
b 1
Phương trình đường thẳng DG: 2
bc c cb 2 b c 2 bc
2
c2 1
b 1
c2 1
Suy ra giao điểm của DG với trục tung là M có tung độ là:
yM
bc bc 1 c b
bc 1 cb2 c bc 2 b
bc
bc 1
Ta thấy biểu thức trên đối xứng với b, c nếu gọi M’ là giao điểm của EF
với trục tung thì M’ cũng có tung độ như trên. Do đó EF, DG cắt nhau tại một
điểm trên trục tung, hay AM⊥BC.
b. Chứng minh đường thẳng đi qua điểm cố định.
Bài toán 4: Cho tam giác ABC vuông tại A không phải vuông cân, trên cạnh
AB và AC lấy M, N sao cho BM=CN. Chứng minh rằng đường trung trực của
MN luôn đi qua một điểm cố định.
Lời giải.
Chọn hệ trục tọa độ Oxy sao cho: A(0;0), B(0;b) và C(1;0).
Gọi M(0;m) là điểm thay đổi trên cạnh AB với 0
- Xem thêm -
.DOC 
21 
1216 
117 
