http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
§2 TÍCH VÔ HƯỚNG CỦA HAI VECTƠ
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT.
1. Định nghĩa:
a) Góc giữa hai vectơ.
r
r
r
Cho hai vectơ a và b đều khác 0 . Từ điểm O bất kỳ dựng các vectơ
uuur r
r
và OB b. Số đo góc AOB được gọi là số đo góc giữa hai vectơ a và
uuur r
OA a
r
b.
r r
r r
r
r
+ Quy ước : Nếu a 0 hoặc b 0 thì ta xem góc giữa hai vectơ a và b là tùy ý
(từ 00 đến 1800 ).
r r
+ Kí hiệu: a; b
b) Tích vô hướng của hai vectơ.
r
+ Nếu hai véc tơ a và b khác 0 thì a b � ab
. 0
r r r2 r 2
r
+ aa
. a a gọi là bình phương vô hướng của véc tơ a.
r r
r2 r r r2 r r r r r2 r2
+ (a�b)2 a �2ab
. b , (a b)(a b) a b
3. Công thức hình chiếu và phương tích của một điểm với đường
tròn.
a) Công thức hình chiếu.
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuur uuur
Cho hai vectơ AB, CD . Gọi A', B' lần lượt là hình chiếu của A, B lên đường
uuur uuur uuuuur uuur
thẳng CD khi đó ta có ABCD
.
A ' B'.CD
b) phương tích của một điểm với đường tròn.
Cho đường tròn O; R và điểm M. Một đường thẳng qua N cắt đường tròn tại
uuuur uuuu
r
hai điểm A và B. Biểu thức MA .MB được gọi là phương tích của điểm M đối
với đường tròn O; R . Kí hiệu là PM / O .
uuuur uuuu
r
+ a b � x1x2 y1y2 0
+ Nếu A(xA ; yA ) và B(xB ; yB ) thì AB (xB xA )2 (yB yA )2
B. CÁC DẠNG TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.
DẠNG 1 : Xác định biểu thức tích vô hướng, góc giữa hai vectơ.
1. Phương pháp giải.
rr r r
r r
. a . b cos a; b
Dựa vào định nghĩa ab
Sử dụng tính chất và các hằng đẳng thức của tích vô hướng của hai
vectơ
2. Các ví dụ:
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
Ví dụ 1: Cho tam giác ABC vuông tại A có AB a, BC 2a và G là trọng tâm.
uuur uuur uuur uuur
a) Tính các tích vô hướng: BA.BC ; BC.CA
uuur uuur
uuur uuur
A. BA.BC 2a2 , BC.CA 3a2
uuur uuur
uuur uuur
B. BA.BC a2 , BC.CA 3a2
uuur uuur
a2
A. GA.GB GBGC
. GC.GA
3
uuur uuu
r uuu
r uuur uuur uuur
4a2
C. GA.GB GBGC
. GC.GA
3
uuur uuu
r uuu
r uuur uuur uuur
2a2
B. GA.GB GBGC
. GC.GA
3
uuur uuu
r uuu
r uuur uuur uuur
5a2
D. GA.GB GBGC
. GC.GA
3
Bài làm:
(hình 2.2)
a) * Theo định nghĩa tích vô hướng ta có
�
. CB . CA cosACB
* Ta có BC.CA CBCA
Theo định lý Pitago ta có CA
2a
uuur uuur
a 3
Suy ra BC.CA a 3.2a.
3a2
2a
2
a2 a 3
Hình 2.2
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuur uuur
b) Cách 1: Vì tam giác ABC vuông tại A nên CA.AB 0 và từ câu a ta có
uuur uuur
uuur uuur
uuur uuur uuur uuur uuur uuur
AB.BC a2 , BC.CA 3a2 . Suy ra AB.BC BC.CA CA.AB 4a2
uuur uuur uuur r
Cách 2: Từ AB BC CA 0 và hằng đẳng thức
r uuur uuur uuur
1
GA.GB GBGC
. GC.GA GA 2 GB2 GC 2
2
Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm của BC, CA, AB
2
�2
� 4a2
Dễ thấy tam giác ABM đều nên GA � AM �
�3
� 9
2
Theo định lý Pitago ta có:
GB2
4
4
4 �2 3a2 � 7a2
BN 2 AB2 AN 2 �
a
�
9
2 �9
9
9 �
3
Ví dụ 2: Cho hình vuông ABCD cạnh a. M là trung điểm của AB, G là trọng
tâm tam giác ADM . Tính giá trị các biểu thức sau:
uuur uuur uuur uuur
a) (AB AD )(BD BC)
uuur uuur uuur uuur
A. ( AB AD )(BD BC ) 3a2
uuur uuur uuur uuur
B. ( AB AD )(BD BC ) 2a2
uuur uuur uuur uuur
C. (AB AD )(BD BC ) a2
uuur uuur uuur uuur
D. ( AB AD )(BD BC ) 4a2
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuur uuur uuuur
b) CG. CA DM
21a2
uuur uuur
uuur uuur
( AC.BD 0 vì AC BD )
Mặt khác �
ACB 450 và theo định lý Pitago ta có :
Hình 2.3
AC a2 a2 a 2
uuur uuur uuur uuur
Suy ra ( AB AD )(BD BC) aa
. 2cos450 a2
uuur uuur uuur uuuu
r
b) Vì G là trọng tâm tam giác ADM nên CG CD CA CM
Mặt khác theo quy tắc hình bình hành và hệ thức trung điểm ta có
uuur
uuur uuur
CA AB AD và
uuuu
r 1 uuu
r uuur
r uuur uuur
1 uuu
1 uuur uuur
uuur uuuur
uuur uuur uuuur uuur
�1 uuur uuur �
Ta lại có CA DM AB AD AM AD � AB 2AD �
�2
�
uuur uuur uuuur �5 uuur uuur �
�1 uuur uuur �
Nên CG. CA DM � AB 2AD �
�2 AB 2AD �
�2
�
�
�
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
5 2
21a2
C.
1 2 2 2
c b a
3
D.
1 2 2
c b 2a2
2
uuur
b) Tính AD 2
uuur 2
A. AD
uuur 2
C. AD
4c
b c
4bc
Bài làm:
(hình 2.3)
uuur uuur 1 �
uuur2 uuur 2 uuur uuur 2 �
AB
.
AC
AB AC AB AC �
a) Ta có
2�
�
�
1
1
2
2
2
�
� c2 b2 a2
AB
AC
CB
uuuur 1 uuur uuur
b) * Vì M là trung điểm của BC nên AM AB AC
2
uuuur 2 1 uuur uuur
Suy ra AM AB AC
4
2
1 �uuur2 uuuruuur uuur 2 �
�AB 2ABAC AC �
4�
�
uuur BD uuur
DC
Suy ra BD
DC
BD AB c
DC AC b
b uuur
DC (*)
c
uuur uuur uuur
uuur uuur uuur
Mặt khác BD AD AB và DC AC AD thay vào (*) ta được
uuur uuur b uuur uuur
uuur
uuur uuur
AD AB AC AD � b c AD bAB cAC
c
uuur 2
uuur 2
uuuruuur
uuur 2
2
� b c AD bAB 2bcABAC cAC
uuur 2
2
p p a
Nhận xét : Từ câu b) suy ra độ dài đường phân giác kẻ từ đỉnh A là
la
2 bc
p p a
b c
3. Bài tập luyện tập:
Bài 2.13. Cho tam giác ABC đều cạnh bằng a. Tính các tích vô hướng:
uuur uuur
a) AB.AC
A.
5a2
2
uuur uuu
r
b) AC.CB
B.
a2
B.
a2
2
C.
a2
3
D.
3a2
2
D.
5a2
2
uuur uuur
c) AB.BC
A.
a2
2
Bài làm:
uuur uuur
uuur uuur
uuur uuur
D. AB.AC 20
uuur uuur
B. AC.BC 41
uuur uuur
C. AC.BC 42
uuur uuur
D. AC.BC 44
uuur uuur
b) Tính AC.BC .
uuur uuur
A. AC.BC 45
uuur uuu
r
c) Gọi D là điểm trên CA sao cho CD 3 . Tính CD.CB .
uuur uuu
r 31
A. CD.CB
2
uuur uuu
r 35
B. CD.CB
2
Ta có AB.AC 20 � AB.AC.cos A 20 � cos A � A 600
2
uuur uuur uuur uuur uuur uuur 2 uuur uuur
b) AC.BC AC. AC AB AC AB.AC 82 20 44
uuur uuur
11
c) Ta có AC.BC AC.BC.cosC 44 � cosC
14
uuur uuu
r
11 33
Do đó CD.CB CD.CB.cosC 3.7.
14 2
r r
Bài 2.15. Cho các véctơ a,b có độ dài bằng 1 và thoả mãn điều kiện
r r
r r
2a 3b 7 . Tính cos a,b .
r r 1
B. cos a, b
4
r r
Bài 2.16. Cho các véctơ a,b có độ dài bằng 1 và góc tạo bởi hai véc tơ bằng
r
r
r r r r r r
600 . Xác định cosin góc giữa hai vectơ u và v với u a 2b, v a b
r r
1
A. cos u; v
2
r r
1
B. cos u; v
6
r r
r r
1
1
C. cos u; v
D. cos u; v
4
3
Bài 2.17. Cho hình vuông ABCD cạnh bằng 3. Trên cạnh AB lấy điểm M sao
cho BM 1, trên cạnh CD lấy điểm N sao cho DN 1 và P là trung điểm BC.
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
� .
Tính cosMNP
�
A. cos MNP
13
�
B. cos MNP
5 10
�
C. cos MNP
13
�
D. cos MNP
10
r
uuuu
r uuur
AM 3MB , G là trọng tâm tam giác ADM . Tính MBGC
.
uuuu
r uuur 5
.
A. MBGC
8
uuuu
r uuur 3
.
B. MBGC
8
uuuu
r uuur 3
.
C. MBGC
7
Bài làm:
uuuu
r 1 uuur
Bài 2.18. Ta có MB AB
uuuu
r uuur 1
.
D. MBGC
8
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
Bài 2.19. Cho tứ giác ABCD . Gọi M, N lần lượt là trung điểm của DA, BC.
Tính góc giữa hai đường thẳng AB và CD biết AB CD 2a, MN a 3 .
uuur uuur
A. ( AB,CD) 500
uuur uuur
B. ( AB,CD) 600
uuur uuur
uuur uuur
C. ( AB,CD) 800 D. (AB,CD ) 300
Bài làm:
uuuur 1 uuur uuur
Bài 2.19. Ta có: MN (AB CD) suy ra
2
uuur uuur
uuur uuur
1
MN 2 (AB2 CD 2 2ABCD
uuur uuur uuur 2
2OC.OB OC
uuur
uuur uuur
OB OC OB
2
2
uuur 2 uuur2 uuur2
OC OB BC
Xây dựng các đẳng thức tương tự thay vào ta tính được
uuur uuur
2AC.DB AB2 CD 2 BC 2 AD 2
uuur uuur
AB2 CD 2 BC 2 AD 2
Suy ra cos AC , DB
AC.BD
Bài 2.21: Cho tam giác ABC đều có cạnh bằng 1. Gọi D là điểm đối xứng với
3
40
B. SPMD
3
4
C. SPMD
7
40
D. SPMD
7 3
40
c) Tính côsin góc hợp bởi hai đường thẳng MP và PD
A. cos MP ; PD
2
14
B. cos MP ; PD
2
4
r r b
MD CD CM a và ND CD CN 1 n a b. Suy ra
2
r
uuuur uuuu
r �
r b�
r r
9 5n uuur 9 r
MD.ND �
a ��
1 n a b�
� CN a
� 4
� 2 ��
5
�
�
uuuur uuuu
r
9
Để tam giác MDN vuông tại D ta phải có MD.ND 0 � n
5
r 2
2
uuuur 2 �r b � 7 uuuu
r2 � 4 r r �
21
7 3
r 2 21 uuur 2 49 uuuu
r uuur
21
, PD
, MP. PD
Do đó MP
.
100
25
100
uuuu
r uuur
MP.PD
21
r uuur
Suy ra cos MP ; PD uuuu
14
MP . PD
DẠNG 2: Chứng minh các đẳng thức về tích vô hướng hoặc độ
dài của đoạn thẳng.
1. Phương pháp giải.
Nếu trong đẳng thức chứa bình phương độ dài của đoạn thẳng thì ta
uuur
chuyển về vectơ nhờ đẳng thức AB2 AB2
Sử dụng các tính chất của tích vô hướng, các quy tắc phép toán vectơ
Sử dụng hằng đẳng thức vectơ về tích vô hướng.
2. Các ví dụ:
Ví dụ 1: Cho I là trung điểm của đoạn thẳng AB và M là điểm tùy ý.
uuuur uuuu
r
Bài làm:
uuur uuu
r uuur uuur uuur uuur
Ta có: DA.BC DBCA
. DC.AB
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur
DA. DC DB DB. DA DC DC. DB DA
uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur
DA.DC DA.DB DB.DA DB.DC DC.DB DC.DA 0
(đpcm)
Gọi H là giao của hai đường cao xuất phát từ đỉnh A, B.
uuur uuur
uuur uuur
Khi đó ta có HA.BC 0, HC.AB 0 (1)
uuur uuur uuur uuur uuu
r uuur uuu
r uuur
AE.AB AE.BC BE.BA BE.AD
Hình 2.4
� 900 , �
Vì AB là đường kính nên ADB
ACB 900
uuur uuur
uuu
r uuur
Suy ra AE.BC 0, BE.AD 0
uuur uuur uuu
r uuur uuur uuur uuu
r uuur 2
Do đó VT AE.AB BE.BA AB AE EB AB VP (đpcm).
� a2IA 2 b2IB2 c2IC 2 ab IA 2 IB2 AB2
bc IB2 IC 2 BC 2 ca IA 2 IC 2 CA 2 0
c ca cb IC abc ab c a bc 0
� a2 ab ca IA 2 b2 ba bc IB2
2
2
2
Bài 2.23. Cho hình chữ nhật ABCD có tâm O và M là một điểm bất kì. Chứng
minh rằng:
uuuur uuuu
r uuuu
r uuuur
a) MA.MC MB.MD
uuuu
r uuuur
uuuur uuuur
b) MA 2 MB.MD 2MA.MO
Bài làm:
uuur uuuur uuur uuuur uuuur2 uuur 2
Bài 2.23. a) VT OA OM OC OM OM OA
uuur uuuur uuur uuuur uuuur2 uuur 2
VP OB OM OD OM OM OC
Bài 2.24: VT HM .AM HB HC . AB AC
2
2
r 1 uuur uuur uuur
1 uuur uuur uuur uuur 1 uuur uuur uuu
1 uuur2
AB.HB AC.HC AB HC CB AC HB BC BC VP
4
4
4
4
r uuu
r uuur uuur uuur
� GA 2 GB2 GC 2 2GA.GB 2GBGC
. GC.GA 0 (*)
uuuruuu
r uuur 2 uuu
r 2 uuur uuu
r 2
Mặt khác 2GAGB GA GB GA GB GA 2 GB2 BA 2
uuu
ruuur
uuuruuur
Tương tự 2GBGC GB2 GC 2 BC 2 , 2GCGA GC 2 GA 2 AC 2
Thay vào (*) suy ra đpcm
uuur uuur
Bài 2.26: Cho bốn điểm A, B, C, D thỏa mãn AC.DB 0 .
Chứng minh rằng
AB2 CD 2 BC 2 DA 2
Bài làm:
uuur uuur
Bài 2.26: Ta chứng minh hệ thức AB2 CD 2 BC 2 DA 2 2AC.DB
Bài 2.28. Gọi O là tâm hình bình hành khi đó
uuuur 2 uuur 2
uuuur uuur
uuur uuur
� �MO 2 OC 2 � OC 2 OA 2
VT �
MO
OA
�
��
�
�
��
�
uuur uuur uuur uuur uuur2 uuur 2
VP OA OB OC OB OB OA
Từ đó suy ra đpcm
Bài 2.29: Cho hai điểm M, N nắm trên đường tròn đường kính AB 2R . Gọi I
là giao điểm của hai đường thẳng AM và BN.
uuuur uur uuur uur uuur uur uuur uur
a) Chứng minh: AM .AI AB.AI , BN .BI BA.BI .
Bài 2.30. Cho tam giác ABC , M là một điểm bất kỳ trên cạnh BC không
trùng với B và C. Gọi a, b, c lần lượt là độ dài các cạnh BC, CA, AB.
2
2
2
2
2
2
2
2
Chứng minh rằng: AM b BM c CM b c a BM .CM
Bài làm:
uuuu
r AM uuu
r BM uuur
CB
CA
Bài 2.30. Ta có CM
AB
AB
uuu
Bài 2.31. Ta có AB EF � AB.EF 0 suy ra AB2 EF 2 AB EF
2
(1)
uuur uuu
r uuu
r r
Mặt khác ACE và BDF có cùng trọng tâm nên AB CE EF 0 (2)
Từ (1) và (2) suy ra AB2 EF 2 CD 2
Bài 2.32. Cho tam giác ABC cạnh a nội tiếp đường tròn (O).M là điểm bất
kỳ nằm trên đường tròn (O). Chứng minh rằng MA 2 MB2 MC 2 2a2
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
Bài làm:
uuuur uuur
Bài 2.32. Ta có MA 2 MO OA
2
uuuur uuur 2 uuuur uuur
MO OB MO OC
uuuur uuur
MO OD
2
2
uuuur uuur uuur uuur uuur
8R2 2MO OA OB OC OD 8R2
b) Cách 1: Theo câu a) ta có
MA 2 MB2 MC 2 MD 2 NA 2 NB2 NC 2 ND 2 8R2
8R4 32R2 MO.OA
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
Thiết lập các đẳng thức tương tự và cộng lại ta có
uuur uuur uuur uuur
MA 4 MB4 MC 4 MD 4 32R4 32R2 OA OB OC OD 32R4 Từ đó suy ra
đpcm
Bài 2.34 : Cho tứ giác ABCD . Chứng minh rằng
uuur uuur uuur uuu
r uuu
r uuur uuur uuur r
AB.AD BA.BC CBCD
. DC.DA 0 khi và chỉ khi
tứ giác ABCD là hình bình hành.
Bài làm:
uuur uuur uuur uuur uuu
r uuur uuur uuur r
Bài 2.34 : AB.AD BA.BC CBCD
. DC.DA 0
uuur uuur uuur uuur uuur uuur
� AB AD BC CD AD BC 0
uuur uuur
uuur uuur
0 � AB CD � AB DC � ABCD là hình bình hành
Bài 2.35: Cho lục giác đều A1A2 A3A 4A 5A6 tâm I và đường tròn (O;R) bất kỳ
IAi , i 1,6 cắt (O) tại Bi ( i 1,6 ). Chứng minh rằng
chứa I. Các tia
IB12 IB22 IB32 IB42 IB52 IB62 6R2
Bài làm:
Bài 2.35: (hình 2.21) Gọi H, J, K lần lượt là hình chiếu của O lên B 1B4, B2B5,
B3B6. Ta có các điểm O, I, H, J, K cùng nằm trên đường tròn đường kính OI.
0
�
�
�
�KJH KIH 60
� HJK đều
Do đó: �
� KIJ
� 600
KHJ
�
Theo bài 11 ta có IH 2 IJ 2 IK 2 OH 2 OJ 2 OK 2
uuuur uuu
r 2 uuuur uuu
r
OB12 OH 2 OB42 OH 2 2HI 2
2R2 2OH 2 2IH 2
Chứng minh tương tự:
IB22 IB52 2R2 2OJ 2 2IJ 2 , IB32 IB62 2R2 2OK 2 2IK 2
� VP 6R2 2 OH 2 OJ 2 OK 2 2 IH 2 IJ 2 IK 2 VT
Bài 2.36. Tam giác ABC có trọng tâm G. Chứng minh rằng
a) MA 2 MB2 MC 2 3MG2 GA 2 GB2 GC 2 với M là điểm bất kỳ
b) a2 b2 c2 �9R2
Bài làm:
Bài 2.36. a)
uuuur2
uuuur uuur
MA MG GA
2
uuuur uuur
MG2 GA 2 2MG.GA
uuuu
r2
x �
�
Bài làm:
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuuur
uuuu
r
uuuu
r r
Bài 2.37: Ta có x.MA y.MB z.MC 0 (*)
uuu
r
uuur r
Gọi E là điểm xác định bởi: y.EB z.EC 0
2
Khi đó EB
z2.a2
y z
, EC
2
2
y2.a2
z
.
Từ (*) suy ra
AE
� x y z AM 2 y z AE2
2
2
(**)
uuur uuu
r
2
2
2
2
�
�c AB AE EB 2AE.EB
uuur uuur
Mà �2
b AC 2 AE2 EC 2 2AE.EC
�
uuu
r
uuur r
uuuu
r 2
� y.MB z.MC y2.MB2 z2.MC 2
� x2.MA 2 y2.MB2 z2.MC 2
� x2 y z yc2 x2 y z zb2 x2yz.a2
y2 z x za2 y2 z x xc2 y2zxb2
z2 x y xb2 z2 x y ya2 z2xyc2
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
2
2
� xyz �
x y z c2 x z y b2 �
�
� yz x xy xz 2yz a
�
2yz �2
a) MA.MB
4
uuuur uuuu
r
b) MA.MB MA 2
Bài làm:
a) Gọi I là trung điểm của AB ta có
uuuur uuuu
r 3a2
uuur uur uuur uu
r
3a2
MA.MB
� MI IA MI IB
4
4
� MI 2 IA 2
uu
r
uur
3a2
(Do IB IA )
Ví dụ 2: Cho tam giác ABC . Tìm tập hợp điểm M sao cho
uuuur uuuu
r uuu
r uuur
MA 2MB 3CB BC 0
Bài làm:
(hình 2.4)
uur uu
r r
Gọi I là điểm xác định bởi IA 2IB 0
uuuur uuuu
r uuu
r uuur
Khi đó MA 2MB 3CB BC 0
Hình 2.4
uuur uur
uuur uu
r uuur
� �MI IA 2 MI IB �
Hình 2.5
http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi, tài liệu file word có lời giải
uuuur uuuu
r uuur uur uuur uur
Ta có : MA.MC MI IA MI IC
uuur uur uur uur uur
MI 2 MI IC IA IA .IC
uur uur
MI 2 IA .IC
uuuu
r uuuur
uu
r uur
Tương tự MB.MD MI 2 IB.ID
uuuu
Nếu k a2 thì MI
M
I suy ra tập hợp điểm M là điểm I
k a2
2
suy ra tập hợp điểm M là đường tròn tâm I bán kính R
k a2
2
3. Bài tập luyện tập.
Bài 2.38: Cho đoạn thẳng AB. Tìm tập hợp điểm M trong mỗi trường hợp
sau:
uuuur uuuu
r
a) 2MA 2 MA.MB
b) MA 2 2MB2 k với k là số thực dương cho trước.
uuuur r
c) AM .a k với k là số thực cho trước.
Bài làm: