📌 Đề bài:
Cho hai góc nhọn $\alpha$ và $\beta$ thỏa mãn $\tan \alpha = \frac{5}{12}$ và $\tan(\alpha + \beta) = \frac{7}{9}$. Tính giá trị của $\tan \beta$ và tính giá trị của biểu thức:
$$P = \frac{\sin(\alpha – \beta) + \cos(\alpha + \beta)}{\cos(\alpha – \beta) – \sin(\alpha + \beta)}$$
📚 Phương pháp giải & Lý thuyết trọng tâm
Để giải quyết bài toán dạng này, ta áp dụng linh hoạt các công thức cộng lượng giác và kĩ thuật tách góc $\beta = (\alpha + \beta) – \alpha$:
- Công thức cộng tang: $\tan(x – y) = \frac{\tan x – \tan y}{1 + \tan x \tan y}$
- Hệ thức cơ bản: $1 + \tan^2 x = \frac{1}{\cos^2 x} \implies \cos^2 x = \frac{1}{1 + \tan^2 x}$, $\sin x = \tan x \cdot \cos x$ (với góc nhọn thì $\sin, \cos, \tan > 0$).
- Công thức cộng sin và cos:
- $\sin(x – y) = \sin x \cos y – \cos x \sin y$
- $\cos(x – y) = \cos x \cos y + \sin x \sin y$
💡 LỜI GIẢI CHI TIẾT & CÁCH GIẢI TỪNG BƯỚC (Nhấn để mở)
Bước 1: Tính $\tan \beta$
Nhận xét rằng $\beta = (\alpha + \beta) – \alpha$. Áp dụng công thức cộng đối với hàm số tang, ta có:
$$\tan \beta = \tan\left[(\alpha + \beta) – \alpha\right] = \frac{\tan(\alpha + \beta) – \tan \alpha}{1 + \tan(\alpha + \beta) \cdot \tan \alpha}$$
Thay $\tan(\alpha + \beta) = \frac{7}{9}$ và $\tan \alpha = \frac{5}{12}$ vào công thức:
$$\tan \beta = \frac{\frac{7}{9} – \frac{5}{12}}{1 + \frac{7}{9} \cdot \frac{5}{12}} = \frac{\frac{28 – 15}{36}}{1 + \frac{35}{108}} = \frac{\frac{13}{36}}{\frac{143}{108}} = \frac{13}{36} \cdot \frac{108}{143} = \frac{1}{1} \cdot \frac{3}{11} = \frac{3}{11}$$
Bước 2: Xác định các giá trị lượng giác của $\alpha, \beta$ và $(\alpha + \beta)$
Vì $\alpha$ là góc nhọn ($0 < \alpha < \frac{\pi}{2}$) và $\tan \alpha = \frac{5}{12}$:
$$\cos^2 \alpha = \frac{1}{1 + \tan^2 \alpha} = \frac{1}{1 + \frac{25}{144}} = \frac{144}{169} \implies \cos \alpha = \frac{12}{13}$$
$$\sin \alpha = \tan \alpha \cdot \cos \alpha = \frac{5}{12} \cdot \frac{12}{13} = \frac{5}{13}$$
Vì $\beta$ là góc nhọn ($0 < \beta < \frac{\pi}{2}$) và $\tan \beta = \frac{3}{11}$:
$$\cos^2 \beta = \frac{1}{1 + \tan^2 \beta} = \frac{1}{1 + \frac{9}{121}} = \frac{121}{130} \implies \cos \beta = \frac{11}{\sqrt{130}}$$
$$\sin \beta = \tan \beta \cdot \cos \beta = \frac{3}{11} \cdot \frac{11}{\sqrt{130}} = \frac{3}{\sqrt{130}}$$
Đối với góc $\alpha + \beta$: do $\alpha, \beta$ nhọn và $\tan(\alpha + \beta) = \frac{7}{9} > 0$ nên $0 < \alpha + \beta < \frac{\pi}{2}$:
$$\cos^2(\alpha + \beta) = \frac{1}{1 + \tan^2(\alpha + \beta)} = \frac{1}{1 + \frac{49}{81}} = \frac{81}{130} \implies \cos(\alpha + \beta) = \frac{9}{\sqrt{130}}$$
$$\sin(\alpha + \beta) = \tan(\alpha + \beta) \cdot \cos(\alpha + \beta) = \frac{7}{9} \cdot \frac{9}{\sqrt{130}} = \frac{7}{\sqrt{130}}$$
Bước 3: Tính $\sin(\alpha – \beta)$ và $\cos(\alpha – \beta)$
$$\sin(\alpha – \beta) = \sin \alpha \cos \beta – \cos \alpha \sin \beta = \frac{5}{13} \cdot \frac{11}{\sqrt{130}} – \frac{12}{13} \cdot \frac{3}{\sqrt{130}} = \frac{55 – 36}{13\sqrt{130}} = \frac{19}{13\sqrt{130}}$$
$$\cos(\alpha – \beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta = \frac{12}{13} \cdot \frac{11}{\sqrt{130}} + \frac{5}{13} \cdot \frac{3}{\sqrt{130}} = \frac{132 + 15}{13\sqrt{130}} = \frac{147}{13\sqrt{130}}$$
Bước 4: Tính giá trị biểu thức $P$
Ta quy đồng mẫu số của tử và mẫu theo thừa số chung $\frac{1}{13\sqrt{130}}$:
Tử số của $P$ là:
$$\sin(\alpha – \beta) + \cos(\alpha + \beta) = \frac{19}{13\sqrt{130}} + \frac{9 \times 13}{13\sqrt{130}} = \frac{19 + 117}{13\sqrt{130}} = \frac{136}{13\sqrt{130}}$$
Mẫu số của $P$ là:
$$\cos(\alpha – \beta) – \sin(\alpha + \beta) = \frac{147}{13\sqrt{130}} – \frac{7 \times 13}{13\sqrt{130}} = \frac{147 – 91}{13\sqrt{130}} = \frac{56}{13\sqrt{130}}$$
Do đó:
$$P = \frac{\frac{136}{13\sqrt{130}}}{\frac{56}{13\sqrt{130}}} = \frac{136}{56} = \frac{17}{7}$$
👉 Kết luận: $\tan \beta = \frac{3}{11}$ và $P = \frac{17}{7}$.
Bạn đọc có thể tham khảo thêm các dạng toán tương tự như bài toán tính giá trị biểu thức chứa góc nhọn hoặc bài toán tổng hợp cung góc lượng giác để rèn luyện tư duy biến đổi linh hoạt.
✍️ 5 Bài tập tương tự tự luyện (Có lời giải chi tiết)
Bài tập 1: Cho hai góc nhọn $a$ và $b$ thỏa mãn $\tan a = \frac{1}{3}$ và $\tan(a + b) = \frac{1}{2}$. Tính $\tan b$ và $\tan(a – b)$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 1
Ta có $\tan b = \tan[(a + b) – a] = \frac{\tan(a+b) – \tan a}{1 + \tan(a+b)\tan a} = \frac{\frac{1}{2} – \frac{1}{3}}{1 + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{3}} = \frac{\frac{1}{6}}{\frac{7}{6}} = \frac{1}{7}$.
Tiếp theo: $\tan(a – b) = \frac{\tan a – \tan b}{1 + \tan a \tan b} = \frac{\frac{1}{3} – \frac{1}{7}}{1 + \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{7}} = \frac{\frac{4}{21}}{\frac{22}{21}} = \frac{2}{11}$.
Đáp số: $\tan b = \frac{1}{7}; \tan(a – b) = \frac{2}{11}$.
Bài tập 2: Cho hai góc nhọn $\alpha, \beta$ thỏa mãn $\sin \alpha = \frac{4}{5}$ và $\cos \beta = \frac{12}{13}$. Tính giá trị của $\cos(\alpha + \beta)$ và $\sin(\alpha – \beta)$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 2
Vì $\alpha, \beta$ là góc nhọn nên $\cos \alpha = \sqrt{1 – \sin^2 \alpha} = \frac{3}{5}$ và $\sin \beta = \sqrt{1 – \cos^2 \beta} = \frac{5}{13}$.
$\cos(\alpha + \beta) = \cos \alpha \cos \beta – \sin \alpha \sin \beta = \frac{3}{5} \cdot \frac{12}{13} – \frac{4}{5} \cdot \frac{5}{13} = \frac{36 – 20}{65} = \frac{16}{65}$.
$\sin(\alpha – \beta) = \sin \alpha \cos \beta – \cos \alpha \sin \beta = \frac{4}{5} \cdot \frac{12}{13} – \frac{3}{5} \cdot \frac{5}{13} = \frac{48 – 15}{65} = \frac{33}{65}$.
Đáp số: $\cos(\alpha + \beta) = \frac{16}{65}; \sin(\alpha – \beta) = \frac{33}{65}$.
Bài tập 3: Cho hai góc thỏa mãn $\tan \alpha = 2$ và $\tan \beta = -\frac{1}{3}$. Tính giá trị của biểu thức $M = \tan(\alpha + \beta) + \tan(\alpha – \beta)$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 3
Áp dụng công thức cộng tang:
$\tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan \alpha + \tan \beta}{1 – \tan \alpha \tan \beta} = \frac{2 + \left(-\frac{1}{3}\right)}{1 – 2\left(-\frac{1}{3}\right)} = \frac{\frac{5}{3}}{\frac{5}{3}} = 1$.
$\tan(\alpha – \beta) = \frac{\tan \alpha – \tan \beta}{1 + \tan \alpha \tan \beta} = \frac{2 – \left(-\frac{1}{3}\right)}{1 + 2\left(-\frac{1}{3}\right)} = \frac{\frac{7}{3}}{\frac{1}{3}} = 7$.
Suy ra $M = 1 + 7 = 8$.
Đáp số: $M = 8$.

Để lại phản hồi