Tâm đường tròn nội tiếp tam giác: Lý thuyết & các dạng bài tập

Tâm đường tròn nội tiếp tam giác là một trong những kiến thức cơ bản trong chương trình Toán lớp 9 và thường xuất hiện trong các bài thi vào lớp 10.

Bạn đang đọc: Tâm đường tròn nội tiếp tam giác: Lý thuyết & các dạng bài tập

Tâm đường tròn nội tiếp tam giác tổng hợp toàn bộ kiến thức về cách xác định tâm đường tròn nội tiếp tam giác, công thức tính, phương trình đường tròn nội tiếp tam giác, ví dụ minh họa kèm theo một số câu hỏi có đáp án giải chi tiết và bài tập tự luyện. Qua đó giúp các bạn học sinh tham khảo, hệ thống lại kiến thức để giải nhanh các bài tập xác định tâm đường tròn nội tiếp tam giác. Ngoài ra để nâng cao kiến thức môn Toán thật tốt các em xem thêm một số tài liệu như: chuyên đề Giải phương trình bậc 2 chứa tham số, bài tập hệ thức Vi-et và các ứng dụng.

Tâm đường tròn nội tiếp tam giác

1. Khái niệm đường tròn nội tiếp tam giác

a. Đường tròn là tập hợp của tất cả những điểm trên một mặt phẳng cách đều một điểm cho trước bằng một khoảng cách nào đó. Trong đó: Điểm cho trước gọi là tâm của đường tròn; khoảng cho trước gọi là bán kính của đường tròn. Gọi tâm đường tròn là O và bán kính là r. Ta được ký hiệu đường tròn là (O;r)

b. Đường tròn nội tiếp tam giác là đường tròn tiếp xúc với ba cạnh của tam giác đó hay đường tròn nội tip tam giác còn có cách gọi khác là tam giác ngoại tiếp đường tròn.

2. Cách xác định tâm đường tròn nội tiếp tam giác

Để xác định được không chỉ tâm đường tròn nội tiếp tam giác vuông mà còn tâm đường tròn nội tiếp tam giác đều nữa thì ta cần ghi nhớ lý thuyết.

Cách xác định hay vẽ được tâm đường tròn nội tiếp tam giác ta chỉ cần vẽ 2 đường phân giác trong của tam giác. Giao điểm giữa 2 đường phân giác chính là tâm đường tròn nội tiếp tam giác đó.

Với tâm đường tròn nội tiếp của tam giác là giao điểm ba đường phân giác trong của tam giác, hoặc có thể là hai đường phân giác.

– Cách 1: Gọi D,E,F là chân đường phân giác trong của tam giác ABC kẻ lần lượt từ A,B,C

+ Bước 1 : Tính độ dài các cạnh của tam giác

+ Bước 2 : Tính tỉ số

+ Bước 3 : Tìm tọa độ các điểm D, E, F

+ Bước 4: Viết phương trình đường thẳng AD,BE

+ Bước 5: Tâm của đường tròn nội tiếp tam giác ABC là giao điểm của AD và BE

– Cách 2: Trong mặt phẳng Oxy, ta có thể xác định tọa độ điểm I như sau:

Cách 3

Để xác định đường tròn tâm I nội tiếp tam giác MNP, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Ta vẽ 3 đường phân giác trong của tam giác MNP lần lượt là MD,NE vàPF

Bước 2: Xác định giao điểm I của 3 đường phân giác trong tam giác MNP

Bước 3: Từ tâm O, lần lượt kẻ 3 đường vuông góc với 3 cạnh của MN, MP và NP của tam giác MNP. Giao điểm của 3 đường phân giác là tâm I của đường tròn nội tiếp tam giác MNP.

Bước 4: Tiến hành vẽ đường tròn tâm I với bán kính IF = IE = ID

Một số trường hợp đặc biệt trong xác định đường tròn nội tiếp tam giác: Đường tròn nội tiếp tam giác vuông; Đường tròn nội tiếp tam giác cân; Đường tròn nội tiếp tam giác đều.

3. Bán kính đường tròn nội tiếp tam giác

Tam giác ABC có độ dài lần lượt là a, b, c ứng với ba cạnh BC. AC, AB.

– Nửa chu vi tam giác

– Bán kính đường tròn nội tiếp tam giác

4. Phương trình đường tròn nội tiếp tam giác

– Nhắc lại:

+ Phương trình đường tròn tâm I(a; b), bán kính R:

+ Phương trình đường phân giác của góc tạo bởi hai đường thẳng là:

Cho tam giác ABC có

– Cách 1:

+ Viết phương trình hai đường phân giác trong góc A và B

+ Tâm I là giao điểm của hai đường phân giác trên

+ Tính khoảng cách từ I đến một cạnh của tam giác ta được bán kính

+ Viết phương trình đường tròn

– Cách 2:

+ Viết phương trình đường phân giác trong của đỉnh A

+ Tìm tọa độ chân đường phân giác trong đỉnh A

+ Gọi I là tâm đường tròn, tọa độ I thỏa mãn hệ thức

+ Tính khoảng cách từ I đến một cạnh của tam giác

+ Viết phương trình đường tròn

5. Các dạng bài tập về đường tròn nội tiếp tam giác

Dạng 1: Tìm tâm của đường tròn nội tiếp khi biết tọa độ ba đỉnh

Ví dụ: Trong mặt phẳng Oxy cho tam giác ABC với A(1;5) B(–4;–5) và C(4;-1).Tìm tâm I của đương tròn nội tiếp tam giác ABC .

Giải:

Ta có

Do đó:

Vậy tâm của đường tròn nội tiếp tam giác ABC là I(1;0)

Dạng 2: Tìm bán kính đường tròn nội tiếp tam giác

Ví dụ: Trong mặt phẳng Oxy cho tam giác ABC với A(2;6), B(-3;-4), C(5;0). Tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC

Giải:

Ta có,

Do đó, bán kính đường tròn nội tiếp tam giác ABC là

Dạng 3: Viết phương trình đường tròn nội tiếp tam giác ABC khi biết tọa độ 3 đỉnh

Ví dụ: Trong mặt phẳng hệ tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(11; -7), B(23;9), C(-1,2). Viết phương trình đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

Giải:

Ta có phương trình cạnh BC: 7x-24y+55=0

Phương trình đường phân giác góc A: 7x+y-70=0

Gọi D là chân đường phân giác trong đỉnh A. Tọa độ D là nghiệm của hệ:

Gọi I(a,b) là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

Ta có:

Vậy tọa độ I(10,0)

Bán kính đường tròn nội tiếp: r=d(I,AB)=5

Phương trình đường tròn nội tiếp tam giác ABC:

Ví dụ 2: Trong tam giác ABC có AB = 3cm, AC = 7cm, BC = 8cm. Bán kính r đường tròn nội tiếp tam giác ABC bằng?

Hướng dẫn

– Chu vi tam giác ABC: p = 9.

– Bán kính:

Ví dụ 3: Cho ba điểm có tọa độ như sau: A(-2; 3); ; C(2; 0) nằm trong mặt phẳng Oxy. Hãy tìm tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

6. Bài tập vận dụng đường tròn nội tiếp tam giác

Bài 1

a) Vẽ đường tròn tâm O, bán kính 2cm.

b) Vẽ hình vuông nội tiếp đường tròn (O) ở câu a).

c) Tính bán kính r của đường tròn nội tiếp hình vuông ở câu b) rồi vẽ đường tròn (O; r).

Vẽ hình minh họa

a) Chọn điểm O là tâm, mở compa có độ dài 2cm vẽ đường tròn tâm O, bán kính 2cm.

b) Vẽ đường kính AC và BD vuông góc với nhau. Nối A với B, B với C, C với D, D với A ta được tứ giác ABCD là hình vuông nội tiếp đường tròn (O; 2cm).

c) Vẽ OH ⊥ BC.

⇒ OH là khoảng cách từ từ tâm O đến BC

Vì AB = BC = CD = DA ( ABCD là hình vuông) nên khoảng cách từ tâm O đến AB, BC, CD, DA bằng nhau ( định lý lien hệ giữa dây cung và khoảng cách từ tâm đến dây)

⇒ O là tâm đường tròn nội tiếp hình vuông ABCD

OH là bán kính r của đường tròn nội tiếp hình vuông ABCD.

Tam giác vuông OBC có OH là đường trung tuyến ⇒ OH = 1/2 BC=BH

Xét tam giác vuông OHB có: r2 + r2 = OB2 = 22 ⇒ 2r2 = 4 ⇒ r2 = 2 ⇒ r = √2(cm)

Vẽ đường tròn (O; OH). Đường tròn này nội tiếp hình vuông, tiếp xúc bốn cạnh hình vuông tại các trung điểm của mỗi cạnh.

Bài 2

a) Vẽ tam giác đều ABC cạnh a = 3cm.

b) Vẽ tiếp đường tròn (O; R) ngoại tiếp tam giác đều ABC. Tính R.

c) Vẽ tiếp đường tròn (O; r) nội tiếp tam giác đều ABC. Tính r.

d) Vẽ tiếp tam giác đều IJK ngoại tiếp đường tròn (O; R).

GIẢI

Vẽ hình

a) Vẽ tam giác đều ABC có cạnh bằng 3cm (dùng thước có chia khoảng và compa).

+ Dựng đoạn thẳng AB = 3cm .

+Dựng cung tròn (A, 3) và cung tròn (B, 3). Hai cung tròn này cắt nhau tại điểm C.

Nối A với C, B với C ta được tam giác đều ABC cạnh 3cm.

b) Gọi A’;B’;C’ lần lượt là trung điểm của BC;AC;AB.

Tâm O của đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC là giao điểm của ba đường trung trực (đồng thời là ba đường cao, ba trung tuyến, ba phân giác AA’;BB’;CC’ của tam giác đều ABC).

Dựng đường trung trực của đoạn thẳng BC và CA.

Hai đường trung trực cắt nhau tại O.

Vẽ đường tròn tâm O, bán kính R=OA = OB = OC ta được đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

Tính AA’:

GIẢI

Xét tam giác AA’C vuông tại A’ có AC=3;, theo định lý Pytago ta có

Theo cách dựng ta có O cũng là trọng tâm tam giác ABC nên

Ta có bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC là (cm).

c) Do tam giác ABC là tam giác đều các trung điểm A’; B’; C’ của các cạnh BC; CA; AB đồng thời là chân đường phân giác hạ từ A, B, C đến BC, AC, AB.

Đường tròn nội tiếp (O;r) tiếp xúc ba cạnh của tam giác đều ABC tại các trung điểm A’, B’, C’ của các cạnh.

Hay đường tròn (O; r) là đường tròn tâm O; bán kính r=OA’ = OB’ = OC’.

Ta có: (cm).

d) Vẽ các tiếp tuyến với đường tròn (O;R) tại A,B,C. Ba tiếp tuyến này cắt nhau tại I, J, K. Ta có ∆IJK là tam giác đều ngoại tiếp (O;R).

Bài 3

Trên đường tròn bán kính R lần lượt đặt theo cùng một chiều, kể từ điểm A, ba cung sao cho:

a) Tứ giác ABCD là hình gì?

b) Chứng minh hai đường chéo của tứ giác ABCD vuông góc với nhau.

c) Tính độ dài các cạnh của tứ giác ABCD theo R.

GIẢI

a) Xét đường tròn (O) ta có:

(góc nội tiếp chắn (1)

( góc nội tiếp chắn ) (2)

Từ (1) và (2) có:

(3)

và là hai góc trong cùng phía tạo bởi cát tuyến AD và hai đường thẳng AB, CD.

Đẳng thức (3) chứng tỏ AB // CD. Do đó tứ giác ABCD là hình thang, mà hình thang nội tiếp đường tròn là hình thang cân.

Vậy ABCD là hình thang cân suy ra (BC = AD và

b) Giả sử hai đường chéo AC và BD cắt nhau tại I.

là góc có đỉnh nằm trong đường tròn, nên:

Vậy

c) Vì nên (góc ở tâm)

=> ∆AOB đều, nên AB = OA = OB = R.

Vì sđ (góc ở tâm)

Kẻ

Tứ giác ABCD là hình thang cân

Lại có vuông cân tại O

Xét vuông tại H ta có:

Mà H là trung điểm của CD (định lý đường kính vuông góc với dây cung thì đi qua trung điểm của dây ấy).

Bài 4

Vẽ hình lục giác đều, hình vuông, tam giác đều cùng nội tiếp đường tròn (O; R) rồi tính cạnh của các hình đó theo R.

GIẢI

Vẽ hình:

+) Hình a.

Cách vẽ: vẽ đường tròn (O;R). Trên đường tròn ta đặt liên tiếp các cung mà dây căng cung có độ dài bằng R. Nối với với với A ₁ ta được hình lục giác đều nội tiếp đường tròn

Tính bán kính:

Gọi là cạnh của đa giác đều có i cạnh.

là tam giác đều)

+) Hình b.

Cách vẽ:

+ Vẽ đường kính của đường tròn tâm O.

+ Vẽ đường kính

Tứ giác có hai đường chéo bằng nhau, vuông góc với nhau và cắt nhau tại trung điểm mỗi đường nên là hình vuông.

Nối với với với A_4;A₄ với A₁ ta được hình vuông nội tiếp đường tròn (O).

Tính bán kính:

Gọi độ dài cạnh của hình vuông là a.

Vì hai đường chéo của hình vuông vuông góc với nhau nên xét tam giác vuông có

+) Hình c:

Cách vẽ như câu a) hình a.

Nối các điểm chia cách nhau một điểm thì ta được tam giác đều chẳng hạn tam giác như trên hình c.

Tính bán kính:

Gọi độ dài cạnh của tam giác đều là a.

Trong tam giác vuông ta có:

Từ đó

Bài tập 5: Cho tam giác MNP biết MN = 8cm, MP = 9cm, NP = 11cm. Hỏi bán kính đường tròn nội tiếp tam giác MNP bằng bao nhiêu?

Giải

Nửa chu vi tam giác MNP là:

Theo hê – rông, diện tích tam giác MNP Ià:

Bán kính đường tròn nội tiếp tam giác MNP là:

Bài 5: 

Cho tam giác MNP đều cạnh 2a, Hỏi bán kính đường tròn nội tiếp tam giác MNP bằng bao nhiêu?

Lời giải

Diện tích tam giác đều MNP là:

S = ½ MN.MP.sinM

= ½ .2a.2a.sin60^o

= a2√3

Nửa chu vi tam giác MNP là:

Bán kính đường tròn nội tiếp tam giác MNP là:

Bài 6

Cho tam giác ABC biết AB = 12cm, AC = 13cm, CD = 15cm. Tính bán kính đường tròn nội tiếp tam giác ABC

Lời giải

Nửa chu vi tam giác ABC là:

Diện tích tam giác ABC là:

Bán kính đường tròn nội tiếp tam giác A B C là:

Bài 7

Cho △ABC với đường tròn (I) tiếp xúc với các cạnh AB, AC lần lượt tại D và E. Chứng minh nếu AB

Giải

Vẽ hình minh họa:

Vì AB

⇒ △ABF cân tại A. Mà AD = AE ⇒ BD = FE ⇒ Tứ giác BDEF là hình thang cân

⇒ BE = FD.

Xét △ABF cân tại A, có ∠AFB là góc ở đáy nên là góc nhọn.

⇒ ∠AFD cũng là góc nhọn ⇒ ∠DFC là góc tù.

Vậy CD > FD = BE (đpcm).

7. Bài tập tự luyện tâm đường tròn nội tiếp tam giác

Bài tập 1. Trong mpOxy cho tam giác ABC với A(1;5), B(–4;–5) và C(4;-1). Tìm tâm J của đương tròn nội tiếp tam giác ABC.

ĐS: J(1;0)

Bài tập 2. Trong mặt phẳng Oxy cho tam giác ABC với A(-15/2; 2), B(12; 15)và C(0; -3). Tìm tâm J của đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

Đáp số J(-1;2)

Bài tập 3. Trong mặt phẳng Oxy cho tam giác ABC với A(3;–1), B(1;5) và C(6;0). Gọi A’ là chân đường cao kẻ từ A lên BC Hãy tìm A’.

ĐS: A’(5;1)

Bài tập 4: Cho tam giác MNP cân tại M ngoại tiếp đường tròn bán kính 3 cm. Gọi H và K lần lượt là giao điểm của đường tròn nội tiếp tam giác cân MNP với hai cạnh MN và NP. Biết MH = 4 cm. Tính diện tích tam giác cân MNP

Bài tập 5 

Cho tam giác đều MNP. Gọi O là giao điểm của hai đường phân giác hai góc trong của tam giác đều MNP và H là chân đường vuông góc kẻ từ điểm O đến các cạnh NP. Biết đường tròn nội tiếp tam giác đều MNP có bán kính bằng 2 cm. Em hãy tính độ dài các cạnh của tam giác đều MNP.

Bài tập 6 

Cho tam giác MNP. Gọi (O) là đường tròn nội tiếp tam giác MNP. Biết (O) tiếp xúc với hai cạnh MN và MP lần lượt tại hai điểm H và K. Biết MH . MP = MK . MN. Chứng minh rằng tam giác MNP là tam giác cân tại M.

Bài tập 7 

Cho tam giác MNP. Gọi O là giao điểm của ba đường phân giác các góc trong của tam giác MNP. Gọi H, K, L theo thứ tự lần lượt là chân các đường vuông góc kẻ từ điểm O đến các cạnh NP, MN, MP. Chứng minh rằng:

a) MP = MK + PH.

b) PM – PN = LM – HN.