1. Trang chủ
  2. » Vật lý

Nhiều cách giải cho một bài toán liên quan đến đường thẳng Euler

8 47 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

(định lý con bướm) Cho tứ giác ABCD nội tiếp đường tròn ( O ) và có hai đường chéo AC, BD cắt nhau tại T.. Cho tam giác ABC có O, I lần lượt là tâm đường tròn ngoại tiếp và nội tiếp tam [r]

(1)

Nhiều cách giải cho toán liên quan đến đường thẳng Euler

Nguyễn Đăng Khoa Ngày 24 tháng năm 2020

Tóm tắt nội dung

Mới đây, thầy Nguyễn Văn Linh có giới thiệu toán thú vị đợt dạy thầy cho đội tuyển Phú Thọ Bài toán ngồi cách học sinh, thầy cịn giới thiệu cho nhiều cách khác độc đáo Nay có dịp, xin chia sẻ bạn đọc toán

1 Một số kết bổ trợ

Định lý (chùm trực giao)Cho hai chùm đường thẳngOx, Oy, Oz, OtvàO0x0, O0y0, O0z0, O0t0 Giả sửOx⊥O0x0,Oy ⊥O0y0 Oz⊥O0z0 ta có

O(xy, zt) =O0(x0y0, z0t0)khi khiOt ⊥O0t0

Định lý (định lý bướm) Cho tứ giác ABCD nội tiếp đường tròn(O) có hai đường chéo AC, BD cắt T Đường thẳng qua T vng góc với OT cắt AD, BC X, Y T trung điểm XY

Bổ đề Cho tam giác ABC có O, I tâm đường trịn ngoại tiếp nội tiếp tam giác Trên tia BA, CA lấy hai điểm D, E cho BD = CE = BC Khi OI ⊥DE

X Eu

H

O' Ma

K L

N M

D

E

F

T

Q I N

M

K E D

I O

C

A

B C

O

C

A

B P

A

B

(2)

Chứng minh Ta lấy K hình chiếu I lên BC Khi ta dễ có

KC = AC+BC−AB

2 , KB =

AB+BC−AC

2

và theo giả thiết ta dễ thấy IC =ID, IE =IB Ta có

OD2−OE2 =PD/(O)− PE/(O) =DA·DB−EA·EC

= (DB +BA)·DB−(EC+CA)·EC

=BD2−CE2+BC(CA−AB) =KC2−KB2

=IC2−IB2 =ID2−IE2 Từ theo định lý điểm ta có OI ⊥DE

Bổ đề Cho tam giác ABC nội tiếp đường trịn (O) có ba đường cao AD, BE, CF cắt H Lấy L giao điểm DF BE, K giao điểm DE CF Gọi M, N trung điểm AB, AC Lấy X giao điểm củaEF M N,Eu tâm

đường tròn Euler tam giác ABC Khi ta có AEu ⊥KL AX ⊥HO

X Eu

H

O' Ma

K L

N M

D

E

F

T

Q I N

M

K E D

I O

C

A

B C

O

C

A

B P

A

B

Chứng minh Ta để ý thấy bốn điểm E, F, M, N nằm đường tròn Euler nên

PX/(AH) =XE·XF =XM·XN =PX/(AO)

Do AX trục đẳng phương đường trịn đường kính AH AO mà tâm hai đường tròn trung điểm AH AO nên ta dễ có AX ⊥HO

Tiếp tục, ta lấy O0 đối xứng với O qua BC có O0 tâm đường trịn (BHC)và dễ có Eu trung điểm AO0 Ta thấy

PL/(BHC) =LB·LH =LD·LF =PL/(Eu),

tương tự có PK/(BHC) =PK/(Eu) Từ rút O0Eu ⊥KL hay ta có đpcm

(3)

Bổ đề Cho tam giác ABC có hai đường phân giác BM, CN cắt I Lấy điểm P BC P I cắt M N Q ta có AI phân giác∠P AQ

X Eu

H

O' Ma

K L

N M

D

E

F

T

Q I N

M

K E D

I O

C

A

B C

O

C

A

B P

A

B

Chứng minh Giả sử M N cắt BC T AT phân giác ngồi của∠BAC Ta có A(T N, QM) = (T N, QM) = (T C, P B) =A(T C, P B)

và ta thấy AB, AC đối xứng qua AI, AT đối xứng với qua AI nên từ ta rút AP, AQcũng đối xứng qua AI, từ ta có đpcm

2 Bài toán cách chứng minh 2.1 Phát biểu toán

Bài toán Cho tam giác ABC nội tiếp đường trịn(O) có ba đường cao AD, BE, CF cắt H Lấy L giao điểm DF BE,K giao điểm DE CF Gọi M, N trung điểm DE DF, P giao điểm M N với KL Chứng minh OH vng góc với DP

y x

P J

L K

M N

H F

E

D R

P

L K M N

H

S

F

E

D

O

C

C O

A

B

A

B

Chú ý.Do OH qua tâm đường tròn Euler nên ta chuyển tốn theo cấu hình sau

(4)

Bài toán Cho tam giác ABC có tâm đường trịn ngoại tiếp nội tiếp O, I Kẻ hai đường phân giác BE, CF lấy M, N trung điểm AC, AB Gọi P giao điểm M N với EF Chứng minh AP ⊥OI

2.2 Các cách chứng minh

Cách Ta lấy S giao điểm EF với BC R giao điểm M N với BC Dễ thấy R trung điểm đoạn DS ba điểm S, K, L thẳng hàng

Gọi J điểm đối xứng với O qua BC tứ giác AOJ H hình bình hành nên J A qua trung điểm HO Kẻ tia J ykOH tia P xkBC

y x

P J

L K

M N

H F

E

D R

P

L K M N

H

S

F

E

D

O

C

C O

A

B

A

B

Ta để ý R trung điểm SD ; P x k BC nên P(Rx, DS) = −1 ta có J(HO, yA) =−1 doJ y kOH kết hợp với J Ađi qua trung điểm OH

Mặt khác, ta cóJ H kAOvà AO⊥EF nênP R ⊥J H ;J O⊥P x vàP S ⊥J Atheo bổ đề

Vậy theo định lý chùm trực giao ta thu đượcP D ⊥J y hay ta có P D ⊥OH

Cách Tiếp tục gọi J điểm đối xứng vớiO qua BC

x

y z l

k K' L'

Y X P

L K

N M

P

P J

L K

M N

H F

E

D

L K

M N

H F

E

D

O

C

C O

D

E F

A

B

A

B

Qua A ta kẻ tia AtkOH kẻ tia DkkEF, Dl kKL

Như vậy, có DP ⊥OH tương đương với D(Bk, lP) =A(HO, J t) =−1

(5)

Vậy ta chứng minh chùm D(Bk, lP) =−1

Kéo dàiDB, Dl cắt M N theo thứ tự X, Y DoDk kM N nên ta cần chứng minh X trung điểm P Y

Thật vậy, kẻM L0 N K0 đường phân giác tam giácAM N Khi K0, L0, X thẳng hàng M L0 kEL, N K0 kF K nên suy raK0L0 kKL

Theo tính chất đường trung bình tam giác DEL có M trung điểm DE M L0 kEL nên L0 trung điểm DL

Kết hợp với DY k K0L0 k KL nên suy XL0 đường trung bình hình thang DY P L nên dễ có X trung điểm P Y Vậy ta có đpcm

Cách Ở cách dùng chùm tâm D tâm O tính tốn có phần cồng kềnh chút

Gọi S giao điểm củaEF với BC, M trung điểm BC

Ta thấy DS ⊥ OM, DE ⊥ OC, DF ⊥ OB nên ta cần chứng minh D(EF, P S) =

O(CB, HM)

x

y z

S Q

M D

E F

T

H

P L

K

N M

P

J

L K

M N

H F

E

D

O

C D

E F

O

C A

B

A

B

Ta lấy Q giao điểm củaDP với EF, D(EF, P S) = (EF, QS) = QE

QF : SE SF =

DF DE ·

P M P N

Áp dụng định lý Menelaus cho tam giác DM N có K, P, Lthẳng hàng, ta có P M

P N = LD LN ·

KM KD Biến đổi tỉ số

LN

LD = + N D

LD = 1− N D

DL = 1−

DE+EF

2DE =

DE−EF

2DE

Tương tự ta có KM KD =

DF −EF

2DF , ta thu DF

DE · P M P N =

EF −DF EF −DE ==

1−DF/EF

1−DE/EF =

1−sin∠E/sin∠D

1−sin∠F/sin∠D =

sin 2A−sin 2B

sin 2A−sin 2C LấyT giao điểmOH với BC ta có

O(CB, HM) = (CB, T M) = T C

T B : M C M B =−

(6)

x y z S Q M D E F T H P L K N M P J L K M N H F E D O C D E F O C A B A B

Theo định lý Thales, ta có T B+BD

T B+BC/2 =

T D T M =

HD OM =

2HD

AH ⇒T B =

HD·BC−BD·AH AH−2HD

Tương tự T C = HD·CB−CD·AH

AH−2HD nên ta có tỉ số T C

T B =

HD·CB−CD·AH HD·BC−BD·AH =

1− CD HD ·

AH CB

−1− BD HD·

AH CB

= 1−

AF F B

−1 + AE EC

= 1−

tanB

tanA

−1 + tantanCA =

tanB−tanA

tanA−tanC

Vậy suy

O(CB, HM) = −T C

T B =

tanB−tanA

tanC−tanA =

sin 2B−sin 2A

sin 2C−sin 2A =D(EF, P S) hay ta có đpcm

Cách Ta gọi X, Y trung điểm AC, AB Lấy Qlà giao điểm XY với EF, P0 giao điểm QH với KL

(7)

Theo bổ đề bổ đề số ta có AQ⊥HO DH phân giác góc ∠P0DQ Chú ý rằngQ nằm trung trực đoạn AD nên

∠QAD=∠QDA =∠ADP0 ⇒AQkP0D

Lấy R giao điểm DP0 với EF Ta thấy Q(HA, RD) = −1 mà AQ k DR nên dễ dàng suy P0 trung điểm DR

Vậy tức làP0 thuộc M N nên P0 ≡P hay ta có đpcm

Cách Ta chứng minh phát biểu thứ toán

TiaBE, CF cắt đường tròn(O)tại lần thứ hai K, L; ta dễ dàng chứng minh KL trung trực AI

R Q

P' E

FN

M

S T

I

K

L R Q

Y X

S Q

M D

E F

T

H

P L K

N M

P

L K

M

N H F

E

D

O

C D

E F

O

C

O

C A

B

A

B

A

B

Đường thẳng qua I vng góc với OI cắt KL, BC T, S AT cắt BC Q QI cắt EF P0

Theo bổ đề số ta có AI phân giác ∠P0AT nên ∠T IA = ∠T AI = ∠IAP0 ⇒

AP0 kT I

LấyR giao điểm AP0 với đường thẳng BC Để ý theo định lý bướm ta có I trung điểm đoạnT S lại cóT S kARnên theo bổ đề hình thang suy raP0 trung điểm AR

Từ đóP0 thuộc M N hay P0 ≡P, ta có đpcm

Cách Ta tiếp tục chứng minh phát biểu thứ toán cách sử dụng vecto Trên tiaCA, BA lấy hai điểmK, L cho BL=CK =BC Theo bổ đề ta có OI ⊥KL hay ta cần chứng minh KLkAP

(8)

Ta có

−−→

LK =−→LA+−−→AK = LA

AB ·

−→

AB+ AK

AC ·

−→

AC

=

LB AB −1

−→

AB+

1 + CK

AC

−→

AC

=

BC AB −1

−→

AB+

1− BC

AC

−→

AC =x·−→AB+y·−→AC

(với x= BC−AB

AB , y=

AC−BC AC ) Và ta có −→AP = M P

M N ·

−−→

AN + N P

N M ·

−−→

AM =z·−→AB+t·−→AC,với z = M P 2M N, t=

N P

2N M

L K

P

I

F E

N M

S Q

M D

E F

T

H

P L K

N M

D

E F

O

C

O

C

A

B

A

B

Theo tính tốn cách ta có z :t=−M P

N P =− AC AB ·

AB−BC

AC−BC =x:y⇒x:z =y:t=% nên −LK−→=%·−→AP, ta có LK kAP

Kết thúc phép chứng minh

Ngày đăng: 08/02/2021, 06:37

Xem thêm:

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w