TopStudy

Đáp án và lời giải

Bộ 10 đề thi Giữa kì 1 Toán 10 Chân trời sáng tạo có đáp án - Đề 2

Về trang đề

Câu 1

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Câu “x>6x > 6” không là mệnh đề vì nó không thể xác định được tính đúng hay sai.

Câu 2

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Biểu diễn mệnh đề “Tồn tại số thực xx để xx chia hết cho 2” dưới dạng kí hiệu là

“∃x∈R∣x  ⋮  2\exists x \in \mathbb{R}|x\,\, \vdots \,\,2”.

Câu 3

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Mệnh đề phủ định của mệnh đề “∀x∈N∣x≥0\forall x \in \mathbb{N}|x \ge 0” là: “∃x∈N∣x<0\exists x \in \mathbb{N}|x < 0”.

Câu 4

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Tính chất đặc trưng của các phần tử thuộc tập hợp L={x∈N∣x≤10}L = \left\{ {x \in \mathbb{N}|x \le 10} \right\} đều là các số tự nhiên nhỏ hơn hoặc bằng 10.

Câu 5

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Ta có:

A={2;  4;  6;  8;  10}A = \left\{ {2;\,\,4;\,\,6;\,\,8;\,\,10} \right\}

B={x  ⋮  2∣x∈N,x<20}={0;  2;  4;  6;  8;  10;  12;  14;  16;  18}B = \left\{ {x\,\, \vdots \,\,2|x \in \mathbb{N},x < 20} \right\} = \left\{ {0;\,\,2;\,\,4;\,\,6;\,\,8;\,\,10;\,\,12;\,\,14;\,\,16;\,\,18} \right\}

Vậy A⊂BA \subset B.

Câu 6

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Do N∗⊂N{\mathbb{N}^*} \subset \mathbb{N} và N⊄N∗\mathbb{N} \not\subset {\mathbb{N}^*} nên N≠N∗\mathbb{N} \ne {\mathbb{N}^*}

Vậy khẳng định “N=N∗\mathbb{N} = {\mathbb{N}^*}” là sai.

Câu 7

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Phân số 14\frac{1}{4} là số hữu tỉ nên nó thuộc tập hợp số hữu tỉ Q\mathbb{Q}.

Câu 8

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Ta có: M={x≥0∣x2<4}=[0;2)M = \left\{ {x \ge 0|{x^2} < 4} \right\} = \left[ {0;2} \right);

N={x∈R∣−4<x−5<4}={x∈R∣1<x<9}=(1;  9)N = \left\{ {x \in \mathbb{R}| - 4 < x - 5 < 4} \right\} = \left\{ {x \in \mathbb{R}|1 < x < 9} \right\} = \left( {1;\,\,9} \right).

Vậy L=M∩N=(1;  2)L = M \cap N = \left( {1;\,\,2} \right).

Câu 9

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Bất phương trình bậc nhất hai ẩn là: 4x−9y>−34x - 9y > - 3.

Câu 10

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Thay x=3x = 3 và y=1y = 1 vào biểu thức 3x−5y3x - 5y ta có: 3⋅3−5⋅1=9−5=4≥23 \cdot 3 - 5 \cdot 1 = 9 - 5 = 4 \ge 2.

Vậy cặp số (3;  1)\left( {3;\,\,1} \right) là một nghiệm của bất phương trình bậc nhất hai ẩn 3x−5y≥23x - 5y \ge 2.

Câu 11

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Xét điểm (0;  0)\left( {0;\,\,0} \right) có 0−0=0<10 - 0 = 0 < 1. Do đó, điểm (0;  0)\left( {0;\,\,0} \right) nằm trong miền nghiệm của bất phương trình bậc nhất hai ẩn x−y<1x - y < 1.

Vậy miền nghiệm của bất phương trình bậc nhất hai ẩn x−y<1x - y < 1 là nửa mặt phẳng (không kể bờ) có bờ là đường thẳng x−y=1x - y = 1, và chứa điểm O(0;  0)O\left( {0;\,\,0} \right).

Câu 12

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn là hệ bao gồm 2 hay nhiều các bất phương trình bậc nhất hai ẩn.

Vậy {x2−y>0x+y<6\left\{ \begin{array}{l}{x^2} - y > 0\\x + y < 6\end{array} \right. không phải là hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn.

Câu 13

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Xét hệ bất phương trình hai ẩn {x−2y≤02x+3y<10\left\{ \begin{array}{l}x - 2y \le 0\\2x + 3y < 10\end{array} \right.

Miền nghiệm của bất phương trình x−2y≤0x - 2y \le 0 là nửa mặt phẳng (có kể cả bờ) bờ x−2y=0x - 2y = 0, chứa điểm (−2;2)\left( { - 2;2} \right).

Miền nghiệm của bất phương trình 2x+3y<102x + 3y < 10 là nửa mặt phẳng (không kể bờ) bờ 2x+3y=102x + 3y = 10, chứa điểm (−2;2)\left( { - 2;2} \right).

Miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn {x−2y≤02x+3y<10\left\{ \begin{array}{l}x - 2y \le 0\\2x + 3y < 10\end{array} \right. là giao của hai miền nghiệm trên.

Vậy phần tô đậm (3) là miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn {x−2y≤02x+3y<10\left\{ \begin{array}{l}x - 2y \le 0\\2x + 3y < 10\end{array} \right..

Hình minh hoạ

Câu 14

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Do 0∘≤α≤180∘0^\circ \le \alpha \le 180^\circ nên ta có: 0≤sin⁡α≤10 \le \sin \alpha \le 1.

Vậy sin⁡α\sin \alpha có thể nhận giá trị 13\frac{1}{3}.

Câu 15

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Do 0∘≤α≤180∘0^\circ \le \alpha \le 180^\circ nên ta có: cos⁡α=−cos⁡(180∘−α)\cos \alpha = - \cos \left( {180^\circ - \alpha } \right).

Câu 16

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Ta có: sin⁡2α+cos⁡2α=1⇒sin⁡2α=1−cos⁡2α=1−(14)2=1516{\sin ^2}\alpha + {\cos ^2}\alpha = 1 \Rightarrow {\sin ^2}\alpha = 1 - {\cos ^2}\alpha = 1 - {\left( {\frac{1}{4}} \right)^2} = \frac{{15}}{{16}}

Mà 0∘≤α≤180∘0^\circ \le \alpha \le 180^\circ nên sin⁡α≥0\sin \alpha \ge 0, do đó, sin⁡α=154\sin \alpha = \frac{{\sqrt {15} }}{4}.

Vậy tan⁡α=sin⁡αcosα=15414=15\tan \alpha = \frac{{\sin \alpha }}{{{\rm{cos}}\alpha }} = \frac{{\frac{{\sqrt {15} }}{4}}}{{\frac{1}{4}}} = \sqrt {15}.

Câu 17

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Áp dụng định lí côsin ta có: a2=b2+c2−2bc⋅cos⁡α{a^2} = {b^2} + {c^2} - 2bc \cdot \cos \alpha.

Vậy khẳng định a2=b2−c2+2bc⋅cos⁡α{a^2} = {b^2} - {c^2} + 2bc \cdot \cos \alpha là sai.

Câu 18

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Công thức Hê – rông tính diện tích tam giác: S=p(p−a)(p−b)(p−c)S = \sqrt {p\left( {p - a} \right)\left( {p - b} \right)\left( {p - c} \right)}.

Vậy khẳng định S=p(p+a)(p+b)(p+c)S = \sqrt {p\left( {p + a} \right)\left( {p + b} \right)\left( {p + c} \right)} là sai.

Câu 19

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Xét tam giác ABCABC

Áp dụng hệ quả của định lí côsin ta có:

cos⁡ABC^=AB2+BC2−AC22AB⋅BC=52+62−722⋅5⋅6=15\cos \widehat {ABC} = \frac{{A{B^2} + B{C^2} - A{C^2}}}{{2AB \cdot BC}} = \frac{{{5^2} + {6^2} - {7^2}}}{{2 \cdot 5 \cdot 6}} = \frac{1}{5}.

Do đó, ABC^≈78∘\widehat {ABC} \approx 78^\circ.

Câu 20

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Xét tam giác ABCABC

Áp dụng định lí côsin ta có:

AB2=AC2+BC2−2AC⋅BC⋅cos⁡ACB^=112+92−2⋅11⋅9⋅cos⁡58∘≈97A{B^2} = A{C^2} + B{C^2} - 2AC \cdot BC \cdot \cos \widehat {ACB} = {11^2} + {9^2} - 2 \cdot 11 \cdot 9 \cdot \cos 58^\circ \approx 97.

Vì AB>0AB > 0 nên AB≈97≈10  AB \approx \sqrt {97} \approx 10\,\,cm.

Câu 21

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Để giải một tam giác thường ta cần ít nhất ba yếu tố, trong đó có không quá 2 yếu tố về góc. Như vậy, ta không thể giải một tam giác thường nếu chỉ có độ dài hai cạnh.

Câu 22

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Xét tam giác MNPMNP

Áp dụng định lí sin ta có:

MNsin⁡MPN^=MPsin⁡MNP^⇒4sin⁡45∘=MPsin⁡30∘⇒MP=4.sin⁡30∘sin⁡45∘=4.1222=22\frac{{MN}}{{\sin \widehat {MPN}}} = \frac{{MP}}{{\sin \widehat {MNP}}} \Rightarrow \frac{4}{{\sin 45^\circ }} = \frac{{MP}}{{\sin 30^\circ }} \Rightarrow MP = \frac{{4.\sin 30^\circ }}{{\sin 45^\circ }} = \frac{{4.\frac{1}{2}}}{{\frac{{\sqrt 2 }}{2}}} = 2\sqrt 2 (cm).

Câu 23

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Hình minh hoạ

Vectơ MB→\overrightarrow {MB} có điểm đầu là MM, điểm cuối là BB. Giá là đường thẳng ABAB do đường thẳng này đi qua cả điểm MM và điểm BB.

Câu 24

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Hình minh hoạ

Xét hình vuông ABCDABCD có: AB//CDAB{\rm{//}}CD

AB→\overrightarrow {AB} có hướng từ trái sang phải

DC→\overrightarrow {DC} có hướng từ trái sang phải

Vậy AB→\overrightarrow {AB} và DC→\overrightarrow {DC} cùng hướng.

Câu 25

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Áp dụng quy tắc hiệu cho ba điểm AA, BB, CC phân biệt. Ta có:

BC→−BA→=BC→+AB→=AB→+BC→=AC→\overrightarrow {BC} - \overrightarrow {BA} = \overrightarrow {BC} + \overrightarrow {AB} = \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {BC} = \overrightarrow {AC}.

Câu 26

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Hình minh hoạ

Áp dụng quy tắc hình bình hành cho hình bình hành ABCDABCD ta có:

AD→+AB→=AC→\overrightarrow {AD} + \overrightarrow {AB} = \overrightarrow {AC}.

Câu 27

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Tam giác ABCABC đều có chu vi là 18 cm.

⇒AB=AC=BC=183=6\Rightarrow AB = AC = BC = \frac{{18}}{3} = 6 (cm)

Ta có: v→=AB→−AC→=AB→+CA→=CA→+AB→=CB→⇒∣v→∣=∣CB→∣=BC=6\overrightarrow v = \overrightarrow {AB} - \overrightarrow {AC} = \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {CA} = \overrightarrow {CA} + \overrightarrow {AB} = \overrightarrow {CB} \Rightarrow \left| {\overrightarrow v } \right| = \left| {\overrightarrow {CB} } \right| = BC = 6 (cm).

Vậy độ dài của v→\overrightarrow v là 6 cm.

Câu 28

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Vì MN→=NP→\overrightarrow {MN} = \overrightarrow {NP} nên ta có MN→\overrightarrow {MN} và NP→\overrightarrow {NP} cùng hướng và MN=NPMN = NP.

Do đó, MM, NN, PP thẳng hàng và NN là trung điểm của đoạn thẳng MPMP.

Câu 29

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Tích của một vectơ với một số là một vectơ.

Câu 30

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: C

Đáp án đúng là: C

Ta có: AA, BB, MM thẳng hàng vàAB=2AM⇒AB→=2AM→AB = 2AM \Rightarrow \overrightarrow {AB} = 2\overrightarrow {AM}.

Câu 31

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Xét hình thoi ABCDABCD tâm OO, từ hình vẽ ta có:AO=2MCAO = 2MC.

Mà AO→\overrightarrow {AO} và CM→\overrightarrow {CM} ngược hướng.

Vậy AO→=−2CM→\overrightarrow {AO} = - 2\overrightarrow {CM}.

Câu 32

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: A

Đáp án đúng là: A

Hình minh hoạ

Xét tam giác MOPMOP có:

MA=15MO⇒MO=5MA⇒MO→=5MA→MA = \frac{1}{5}MO \Rightarrow MO = 5MA \Rightarrow \overrightarrow {MO} = 5\overrightarrow {MA}

OB=34OP⇒OP=43OB⇒OP→=43OB→OB = \frac{3}{4}OP \Rightarrow OP = \frac{4}{3}OB \Rightarrow \overrightarrow {OP} = \frac{4}{3}\overrightarrow {OB}

Mà MP→=MO→+OP→⇒MP→=5MA→+43OB→\overrightarrow {MP} = \overrightarrow {MO} + \overrightarrow {OP} \Rightarrow \overrightarrow {MP} = 5\overrightarrow {MA} + \frac{4}{3}\overrightarrow {OB}.

Câu 33

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: D

Đáp án đúng là: D

Cho hai vectơ u→\overrightarrow u và v→\overrightarrow v khác vectơ – không, ta có tích vô hướng:

u→⋅v→=∣u→∣⋅∣v→∣⋅cos⁡(u→,v→)\overrightarrow u \cdot \overrightarrow v = \left| {\overrightarrow u } \right| \cdot \left| {\overrightarrow v } \right| \cdot \cos \left( {\overrightarrow u ,\overrightarrow v } \right).

Câu 34

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

Xét tam giác đều ABCABC cạnh bằng 4.

Ta có: AB=AC=4 ⇒∣AB→∣=∣AC→∣=4 AB = AC = 4\, \Rightarrow \left| {\overrightarrow {AB} } \right| = \left| {\overrightarrow {AC} } \right| = 4\,

(AB→,AC→)=BAC^=60∘⇒cos⁡(AB→,AC→)=cos⁡60∘=12\left( {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right) = \widehat {BAC} = 60^\circ \Rightarrow \cos \left( {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right) = \cos 60^\circ = \frac{1}{2}.

Vậy AB→⋅AC→=∣AB→∣⋅∣AC→∣⋅cos⁡(AB→,AC→)=4⋅4⋅12=8\overrightarrow {AB} \cdot \overrightarrow {AC} = \left| {\overrightarrow {AB} } \right| \cdot \left| {\overrightarrow {AC} } \right| \cdot \cos \left( {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right) = 4 \cdot 4 \cdot \frac{1}{2} = 8.

Câu 35

Lời giải do TopStudy biên soạn

Đáp án: B

Đáp án đúng là: B

a→⋅b→=4⇔∣a→∣⋅∣b→∣⋅cos⁡(a→,b→)=4\overrightarrow a \cdot \overrightarrow b = 4 \Leftrightarrow \left| {\overrightarrow a } \right| \cdot \left| {\overrightarrow b } \right| \cdot \cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = 4

⇔4⋅5⋅cos⁡(a→,b→)=4\Leftrightarrow 4 \cdot 5 \cdot \cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = 4

⇔cos⁡(a→,b→)=15\Leftrightarrow \cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = \frac{1}{5}

⇒(a→,b→)=78∘\Rightarrow \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = 78^\circ.

Câu 36

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Gọi số bưởi loại II cô Liên chọn là xx (quả), số bưởi loại I cô Liên chọn là yy (quả).

Chi phí cho giỏ quà là: 80  000x+400  000y80\,\,000x + 400\,\,000y (đồng)

Chi phí này không được phép vượt quá mức chi tối đa là 1 600 000 đồng nên ta có: 80  000x+400  000y≤1  600  000⇔x+5y≤20⇔x+5y−20≤080\,\,000x + 400\,\,000y \le 1\,\,600\,\,000 \Leftrightarrow x + 5y \le 20 \Leftrightarrow x + 5y - 20 \le 0.

Do số bưởi loại I phải chọn tối đa là 4 quả, số bưởi loại II ít nhất phải chọn là 5 quả nên x≥5x \ge 5 và y≤4y \le 4.

Đồng thời, do xx, yy là số quả bưởi nên x≥0x \ge 0, y≥0y \ge 0.

Số tiền lãi của giỏ quà là: 2  000x+10  000y2\,\,000x + 10\,\,000y.

Để có khả năng thu được lãi cao nhất, ta phải xác định xx, yy sao cho M(x;y)=2 000x+10 000yM\left( {x;y} \right) = 2\,000x + 10\,000y đạt giá trị lớn nhất với xx, yy thỏa mãn hệ bất phương trình:

{x+5y−20≤0x≥50≤y≤4\left\{ \begin{array}{l}x + 5y - 20 \le 0\\x \ge 5\\0 \le y \le 4\end{array} \right. (*)

Trong mặt phẳng tọa độ vẽ các đường thẳng d:x+5y−20=0d:x + 5y - 20 = 0, d′:x=5d':x = 5, d′′:y=4d'':y = 4

Khi đó, miền nghiệm của hệ bất phương trình (*) là miền tam giác không tô màu trong hình vẽ dưới đây:

Hình minh hoạ

Giá trị lớn nhất của M(x;y)=2  000x+10  000yM\left( {x;y} \right) = 2\,\,000x + 10\,\,000y đạt được tại một trong các điểm đỉnh của miền tam giác, đó là các điểm (5;  3)\left( {5;\,\,3} \right), (5;  0)\left( {5;\,\,0} \right); (20;  0)\left( {20;\,\,0} \right).

Ta có:

M(5;  3)=40  000M\left( {5;\,\,3} \right) = 40\,\,000

M(5;  0)=10  000M\left( {5;\,\,0} \right) = 10\,\,000

M(20;  0)=40  000M\left( {20;\,\,0} \right) = 40\,\,000

Vậy giá trị lớn nhất của M(x;y)=2  000x+10  000yM\left( {x;y} \right) = 2\,\,000x + 10\,\,000y là 40 000 (đồng) tại điểm (5;3)\left( {5;3} \right) hoặc (20;  0)\left( {20;\,\,0} \right).

Vậy để thu được lãi cao nhất cô liên có hai cách chọn bưởi, cách thứ nhất là chọn 5 quả bưởi loại II và 3 quả bưởi loại I, cách thứ hai là chọn 20 quả bưởi loại II và không chọn bưởi loại I.

Câu 37

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Kí hiệu như hình vẽ trên với AA, CC lần lượt là đỉnh và chân của tòa nhà; BB và DD lần lượt là đỉnh và gốc của cây.

Xét tam giác ABCABC

Do {BCD^=24∘BCD^+ACB^=90∘⇒ACB^=66∘\left\{ \begin{array}{l}\widehat {BCD} = 24^\circ \\\widehat {BCD} + \widehat {ACB} = 90^\circ \end{array} \right. \Rightarrow \widehat {ACB} = 66^\circ.

Do {xAB^=60∘xAB^+CAB^=90∘⇒CAB^=30∘\left\{ \begin{array}{l}\widehat {xAB} = 60^\circ \\\widehat {xAB} + \widehat {CAB} = 90^\circ \end{array} \right. \Rightarrow \widehat {CAB} = 30^\circ.

Suy ra ABC^=180∘−(66∘+30∘)=84∘\widehat {ABC} = 180^\circ - \left( {66^\circ + 30^\circ } \right) = 84^\circ.

Áp dụng định lí sin ta có:

BCsin⁡30∘=ACsin⁡84∘⇒BC=AC⋅sin⁡30∘sin⁡84∘=155⋅sin⁡30∘sin⁡84∘≈77,93\frac{{BC}}{{\sin 30^\circ }} = \frac{{AC}}{{\sin 84^\circ }} \Rightarrow BC = \frac{{AC \cdot \sin 30^\circ }}{{\sin 84^\circ }} = \frac{{155 \cdot \sin 30^\circ }}{{\sin 84^\circ }} \approx 77{,}93 (m).

Xét tam giác CBDCBD vuông tại DD

Ta có: sin⁡BCD^=BDBC⇒sin⁡24∘≈BD77,93⇒BD≈77,93⋅sin⁡24∘≈31,70\sin \widehat {BCD} = \frac{{BD}}{{BC}} \Rightarrow \sin 24^\circ \approx \frac{{BD}}{{77{,}93}} \Rightarrow BD \approx 77{,}93 \cdot \sin 24^\circ \approx 31{,}70 (m)

Vậy chiều cao của cái cây khoảng 31,70 mét.

Câu 38

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Do GG là trọng tâm của tam giác ABCABC nên ta có:

MA→+MB→+MC→=3MG→\overrightarrow {MA} + \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MC} = 3\overrightarrow {MG}

⇒(MA→+MB→+MC→)2=(3MG→)2\Rightarrow {\left( {\overrightarrow {MA} + \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MC} } \right)^2} = {\left( {3\overrightarrow {MG} } \right)^2}

⇒MA→2+MB→2+MC→2+2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=9MG2\Rightarrow {\overrightarrow {MA} ^2} + {\overrightarrow {MB} ^2} + {\overrightarrow {MC} ^2} + 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = 9M{G^2}.

Mà:

MA→2+MB→2+MC→2{\overrightarrow {MA} ^2} + {\overrightarrow {MB} ^2} + {\overrightarrow {MC} ^2}

=(MG→+GA→)2+(MG→+GB→)2+(MG→+GC→)2= {\left( {\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GA} } \right)^2} + {\left( {\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GB} } \right)^2} + {\left( {\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GC} } \right)^2}

=3MG2+GA2+GB2+GC2+2⋅MG→⋅(GA→+GB→+GC→)= 3M{G^2} + G{A^2} + G{B^2} + G{C^2} + 2 \cdot \overrightarrow {MG} \cdot \left( {\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {GB} + \overrightarrow {GC} } \right)

=3MG2+3GA2+2⋅MG→⋅0→= 3M{G^2} + 3G{A^2} + 2 \cdot \overrightarrow {MG} \cdot \overrightarrow 0

=3MG2+3GA2= 3M{G^2} + 3G{A^2}

Do đó, 3MG2+3GA2+2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=9MG23M{G^2} + 3G{A^2} + 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = 9M{G^2}

Ta có:

Gọi AHAH là đường cao cũng là đường trung tuyến của tam giác đều ABCABC.

Khi đó, HB=HC=a2HB = HC = \frac{a}{2}.

Xét tam giác ABHABH vuông tại HH

Áp dụng định lí Pythagore, ta có:

AB2=AH2+HB2⇒AH2=AB2−HB2=a2−(a2)2=3a24⇒AH=3a2A{B^2} = A{H^2} + H{B^2} \Rightarrow A{H^2} = A{B^2} - H{B^2} = {a^2} - {\left( {\frac{a}{2}} \right)^2} = \frac{{3{a^2}}}{4} \Rightarrow AH = \frac{{\sqrt 3 a}}{2}.

Do điểm MM là điểm bất kì thuộc đường tròn tâm GG có bán kính bằng a23\frac{{a\sqrt 2 }}{3} nên MG=a23MG = \frac{{a\sqrt 2 }}{3}.

Tam giác ABCABC đều cạnh aa nên độ dài đường cao bằng độ dài đường trung tuyến và bằng a32\frac{{a\sqrt 3 }}{2}, GG là trọng tâm nên GA=23⋅a32=a33GA = \frac{2}{3} \cdot \frac{{a\sqrt 3 }}{2} = \frac{{a\sqrt 3 }}{3}.

Thay số ta có:

3⋅(a23)2+3⋅(a33)2+2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=9⋅(a23)23 \cdot {\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{3}} \right)^2} + 3 \cdot {\left( {\frac{{a\sqrt 3 }}{3}} \right)^2} + 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = 9 \cdot {\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{3}} \right)^2}

⇔3⋅2a29+3⋅3a29+2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=9⋅2a29\Leftrightarrow 3 \cdot \frac{{2{a^2}}}{9} + 3 \cdot \frac{{3{a^2}}}{9} + 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = 9 \cdot \frac{{2{a^2}}}{9}

⇔2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=18a29−6a29−9a29\Leftrightarrow 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = \frac{{18{a^2}}}{9} - \frac{{6{a^2}}}{9} - \frac{{9{a^2}}}{9}

⇔2(MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→)=3a29\Leftrightarrow 2\left( {\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} } \right) = \frac{{3{a^2}}}{9}

⇔MA→⋅MB→+MB→⋅MC→+MC→⋅MA→=a26    \Leftrightarrow \overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} + \overrightarrow {MB} \cdot \overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MC} \cdot \overrightarrow {MA} = \frac{{{a^2}}}{6}\,\,\,\, (đpcm).