DanDuong thang Simson

11 45 0
DanDuong thang Simson

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đặc biệt nếu M và N đối xứng nhau Simson của M và N bằng nửa số đo cung MN qua tâm O, thì các đường thẳng Simson của chúng vuông góc với nhau tại một điểm trên đường tròn Euler.. Cho đườ[r]

(1)Chuyên đề ĐƯỜNG THẲNG SIMSON Robert Simson là nhà toán học người Scotland, giáo sư toán học đại học Glasgow Ông sinh 14 tháng 10 năm 1687tại West Kilbride và ngày tháng 10 năm 1768 Glasgow Đường thẳng Simson Bài toán 1: Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn ( O ) M là điểm tùy ý trên ( O ), gọi D, E, H là hình chiếu trên BC, CA, AB Chứng minh D, E, H thẳng hàng  Giải: Không tính tổng quát giả sử M thuộc cung BC MD  BC , ME  AC  MDEC nội tiếp A   EDC  (1)  EMC MH  AB, MD  BC  MHBD nội tiếp   HDB  (2)  HMB O B H E D C   MCA  ABMC nội tiếp  MBH M   HMB   MCA   EMC   900  EMC   HMB  (3) MBH   EDC   H, D, E thẳng hàng Từ (1), (2), (3)  HDB Đường thẳng qua D, H, E có tên đường thẳng Simson tam giác ABC ứng với điểm M (hay đường thẳng Wallace, để khỏi trùng với nhà toán học người Anh thomas Simpson 1710-1761) Bài toán 2: Cho tam giác ABC, M là điểm mặt phẳng chứa tam giác ABC Gọi D, E, H là hình chiếu M trên các cạnh BC, CA, AB và D, E, H thẳng hàng Chứng minh M nằm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC Giải: Theo giả thiết MD  BC , MH  CA, ME  AB và A D, H, E thẳng hàng   EDB  (chắn cung  tứ giác MDBE nội tiếp  EMB  ), EDB   HDC  (đối đỉnh), HDC   HMC  (chắn EB H    D cung HC )  EMB  HMC B C   Tứ giác AEMH nội tiếp  A  EMH  180 E   A  EMB   BMH  M  A  EMH A  EMB   BMH    BMH    1800 A  HMC A  BMC  tứ giác ABMC là tứ giác nội tiếp  M nằm trên đường tròn ngoại tiếp ABC Từ hai bài toán trên tới kết luận: “ Cho tam giác ABC, M là điểm mặt phẳng chứa tam giác và không trùng với các đỉnh, gọi D, E, H là hình chiếu M trên ba cạnh tam giác ABC Điều kiện (2) cần và đủ điểm M nằm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC D, E, H thẳng hàng” (phần chứng minh dành cho bạn đoc) Như với điểm M có đường thẳng Simson tam giác ABC cho trước Sau này bài toán đường thẳng Simson công cụ giúp chúng ta chứng minh ba điểm thẳng hàng Ví dụ minh họa Ví dụ Đường thẳng Simson đỉnh A tam giác là đường cao hạ từ đỉnh đó, và đường thẳng Simson điểm A D đối xứng với đỉnh A qua tâm O là cạnh BC tam giác Giải: Đối với đỉnh A đường thẳng Simson trùng với đường O cao AH K H B D là điểm đối xứng A qua tâm O  AD là đường kính C  DB  AB, DC  AC  đường thẳng Simson chính là D đường thẳng BC Ví dụ Nếu M và N là các điểm thuộc (O), thì các góc hai đường thẳng  Đặc biệt M và N đối xứng Simson M và N nửa số đo cung MN qua tâm O, thì các đường thẳng Simson chúng vuông góc với điểm trên đường tròn Euler  (1) Giải: AEMH nội tiếp   AEH   AMH  900  MAC E   BNK   900  CBN  (2) BFNK nội tiếp  BFK M A     Cộng (1) và (2)  AEH  BFK  180  MAC  CBN H   CBN   1800  (   )  EPF   MAC AEH  BFK O P I K B  đường thẳng ED và đường thẳng FI tạo với C D F  nửa số đo cung MN N (Trường hợp đặc biệt bạn đọc tự chứng minh lấy) Ví dụ Cho đường tròn (O) đường kính AB, C là điểm trên đường tròn Đường phân giác góc  ACB cắt đường tròn (O) M, gọi H và K là hình chiếu M trên BC và CA Chứng minh O, K, H thẳng hàng   MB   Giải: CM phân giác góc  ACB  MA C MO  AB , theo giả thiết MH  BC , MK  CA H Theo bài toán  H, O, K thẳng hàng A O K M B (3) Ví dụ Cho tam giác ABC, M là điểm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC Gọi K, P, Q là các điểm đối xứng M qua BC, CA, AD Chứng minh P, K, Q nằm trên đường thẳng và luôn qua điểm cố định, không phụ thuộc vào điểm M thay đổi trên đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC (Olimpia Japan 1996) Giải: Gọi D, E, F là giao điểm A I MK, MP, MQ với BC, CA, AB  P MD  BC , ME  AC , MQ  AB  D, E, F J thẳng hàng, mặt khác H K MD  DK , ME  EP, MF  FQ E Q C B  EF là đường trung bình MPQ  D F EF//PQ và P, K, Q thẳng hàng M Gọi H là trực tâm ABC và I, J là điểm đối xứng H qua AC và AB  I, J thuộc đường tròn ngoại tiếp ABC  MHIP, MHJQ là hình thang cân    MIH   MAB    MJH   MAC  , tương tự PHI QHJ   PHI   IHJ   MAC   MAB   IHJ   A  IHJ   1800  P, Q, H thẳng hàng QHJ  đường thẳng PQ luôn qua trực tâm ABC, đường thẳng này có tên Steiner  không chứa đỉnh A Gọi D, Ví dụ Cho tam giác ABC, M là điểm thuộc cung BC E, H là hình chiếu M trên các cạnh BC, CA, AB BC CA AB Chứng minh (Vô địch Mĩ năm 1979)   MD ME MH Giải: Theo bài toán 1 H, D, E thẳng hàng, các tứ giác   MCB  (chắn cung MHBD, MDEC nội tiếp  MEH A  ), MBC   MHE  BM  MEH đồng dạng  MCB, kẻ MI  HE  BC HE (1)  MD MI (do tỉ số các đường tương ứng nhau)   MBC   MAC  , MDH   MBH   MCA   MHD MHD D B H I M AC HD (2)  ME MI   MCB   MAB  , MDE   MCA   1800  MBA   MCA   MDE   MBA  MED đồng dạng với MAC  E C (4) AB ED (2),  MH MI AC AB HD  DE HE cộng hai vế (1) và (2)     , ME MH MI MI BC CA AB kết hợp (1)    MD ME MH 1 Đặc biệt ABC    (Thi học sinh giỏi VN) ME MH MD  không chứa đỉnh A Ví dụ Cho tam giác nhọn ABC, M là điểm thuộc cung BC Gọi D, H là hình chiếu M trên các cạnh AC, AB Xác định vị trí M để DH ngắn A Giải: hạ HE  BC  D, E, H thẳng hàng   DHM  , tứ giác MCDE Tứ giác MHBE nội tiếp  CBM  MED đồng dạng với MAB    HDM   HDM và BCM đồng dạng D nội tiếp  BCM E B C HD HM MH HD   , MH  MB  1  1 H BC BM MB BC M  HD  BC  HD lớn HD = BC  MH = MB  MB  AB  AM là đường kính  M đối xứng A qua tâm O Ví dụ Cho góc  xOy , lấy điểm A cố định thuộc phân giác  xOy Dựng đường tròn tâm (I) qua O và A cắt Ox, Oy B và C, và hình bình hành OBMC Chứng minh M thuộc đường thẳng cố định Giải: A trên phân giác góc  xOy  y   AC  AB  IA  BC , kẻ AH  Ox, AK  Oy K  K, H cố định và K, E, H thẳng hàng  đường thẳng Simson A đường tròn (I) cố định  E cố định Hình bình hành OBMC có OM  2OE  M cố định  M thuộc đường tròn d song song với đường thẳng Simson và cách O khoảng không đổi C M A E O d I H B (5) Ví dụ Cho ba điểm A, B, C thuộc đường thẳng và M không thuộc đường thẳng đó Chứng minh tâm đường tròn ngoại tiếp các tam giác MAB, MBC, MCA và M thuộc đường tròn Giải: Gọi O1 , O2 , O3 là tâm đường tròn ngoại M O1 tiếp các tam giác MAB, MBC, MCA và D, E, F hình chiếu M trên các cạnh  E D F MF  O1O2 , MD  O2O3 , ME  O3O1 O3 O2 Theo bài toán  D, E, F thẳng hàng theo bài toán A C B ngược lại  O1 , O2 , O3 , M nằm trên đường tròn Ví dụ Cho tam giác ABC và đường phân giác AD Gọi P, Q là hình chiếu D trên AB, AC, từ D kẻ đường thẳng vuông góc với BC cắt PQ M Chứng minh M thuộc trung tuyến kẻ từ A tam giác ABC Giải: Gọi I là giao điểm đường phân giác AD với đường tròn ngoại tiếp ABC A Từ I kẻ IK  AB, IH  AC , nối I với O cắt BC E  EB  EC và IE  BC theo Bài toán 1 K, E, H Q M thẳng hàng O P H AP AD AQ AD B C  DP//IK và DQ//IH  và   D E AK AI AH AI K AP AQ   PQ//KH  AK AH I MD  BC , IE  BC  DM//IE  A, M, E thẳng hàng  M thuộc trung tuyến AE Ví dụ 10 Cho tứ giác ABCD nội tiếp đường tròn, d A , d B , d C , d D là các đường thẳng Simson A, B, C, D tương ứng các tam giác BCD, CDA, DAB, ABC Chứng minh d A , d B , d C , d D đồng quy H3 H2 Giải: Gọi H1 , H , H , H là trực tâm các D A tam giác BCD, CDA, DAB, ABC  đường Steiner điểm A, B, C, D các tam giác BCD, CDA, DAB, ABC qua H1 , H , H , H  d A , d B , dC , d D M E qua trung điểm AH1 , BH , CH , DH Gọi M là trung điểm AB  CH  2OM O B H4 H1 C (6) DH  2OM  CDH H là hình bình hành  DH , CH cắt trung điểm đường, tương tự AH1 , BH cắt trung điểm đường  d A , d B , dC , d D đồng quy Ví dụ 11 Cho tứ giác ABCD nôi tiếp đường tròn Gọi H, K là hình chiếu B trên AC và CD, M, N là trung điểm AD và HK Chứng minh tam giác BMN là tam giác vuông Giải: Từ B kẻ BE  AD , theo bài toán  đỉnh B với D M tam giác ADC có BH  AC, BK  BD  E, H, K thẳng A E   EKB , H hàng Tứ giác BEDK nội tiếp  EDB   BCD   1800 tứ giác BHKC nội tiếp  BHK   BHK     BCD   1800  BAD B mặt khác BAD BHK và BAD đồng dạng, MA = MD và NH = NK  BNK và BMD đồng dạng   MBD  tương tự BNK: BNE   NKB   NBK  Xét BMD:  AMB  MDB N K C   tứ giác BEMN nội tiếp, BE  AD  BN  MN   AMB  BNE  BMN là tam giác vuông Ví dụ 12 Gọi AD, BE, CK là đường cao tam giác ABC P, Q là hình chiếu E trên BC và CK Chứng minh PQ qua trung điểm KE Giải: từ E hạ EH  AB , theo giả thiết A EP  BC , EQ  CK , tứ giác BKEC nội H (Bài toán 1)  P, Q, H thẳng hàng E   HKQ   KQE   90 Tứ giác KHEQ có: EHK K  KHEQ là hình chữ nhật, KE và HQ là đường chéo Q  cắt trung điểm đường  PQ C B D P qua trung điểm KE (7) Ví dụ 13 Cho tứ giác ABCD nội tiếp Gọi P, Q, R là hình chiếu D trên BC, CA, AB Chứng minh PQ  QR và đường phân giác  ABC và  ADC cắt trên AC Giải: Theo kết bài toán Simson  P, Q, R thẳng hàng   DPR  , tương tự DAC   DRP  DPCQ là tứ giác nội tiếp  DCA A DA DR DCA và DPR đồng dạng  (1)  DC DP R DR DB DRQ và DBC đồng dạng   QR BC Q DB.QR  DR  (2) B BC C DP DB DB.QP DQP và DAB đồng dạng    DP  (3) QP AB AB DA QR AB thay (2) và (3) vào (1)   , DC PQ.BC DA AB  đường phân giác  PQ  QR   ABC và  ADC cắt trên AC DC BC Ví dụ 14 Cho hai đường tròn ( O1 ), ( O2 ) cắt A và B Một đường thẳng d thay đổi qua A cắt ( O1 ), ( O2 ) C, D (A nằm C và D) Tiếp tuyến C ( O1 ) và D ( O2 ) cắt M Gọi P, Q là hình chiếu vuông góc B xuống hai tiếp tuyến Chứng minh PQ tiếp xúc với đường tròn cố định Giải: MC, MD là tiếp tuyến ( O1 ), ( O2 )  M     ABC  MCA , ABD  MDA    MCD   MDC   1800  CMD  CBD   CMD   1800  tứ giác MCBD nội tiếp CBD Hạ BH  CD , B tam giác MCD  P, H, Q thẳng hàng, A, B cố định  H nằm trên đường tròn đường kính AB  PQ luôn tiếp xúc với đường tròn đường kính AB Q H C P A O1 O2 B D D P (8) Ví dụ 15 Cho tam giác nhọn ABC nội tiếp đường tròng (O) có trực tâm là H, D là điểm trên cung nhỏ BC, lấy E cho CE song song và AD, và K là trực tâm tam giác ACE Gọi P, Q là hình chiếu của K trên BC và AC Chứng minh PQ qua trung điểm HK (VMO2004) Giải: Theo giả thiết  ADCE là hình bình hành    , K là trực tâm AEC  EK  AC N E ADC  AEC  AKC   AEC  1800   AKC   ADC  1800  tứ giác ADCK nội tiếp  K  (O), EK cắt AC I  P, Q, I thẳng hàng (Simson) AH cắt (O) M và cắt PQ N  MN//KP, KQ  AB, KP  BC  BQKP là tứ giác nội tiếp     MPKN tứ giác nội tiếp  QBK AMK  QPK Q K A I H B P C MPKN là hình thang cân  KN  PM , mặt khác M D PH  PM  PH  KN  HPKN là hình bình hành  NP cắt HK trung điểm  PQ qua trung điểm HK Bài tập áp dụng Cho đường tròn (O) và ba dây cung tùy ý AB, AC, AD Các đường tròn đường kính AB, AC, AD cắt đôi M, N, E Chứng minh M, N, E thẳng hàng Nếu hai tam giác cùng nột tiếp đường tròn (O), thì góc hai đường thẳng Simson điểm M trên (O) hai tam giác đó không phụ thuộc vào vị trí M trên (O) Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn ( O; R ) Gọi D là điểm đối xứng A qua BC, E là điểm đối xứng B qua AC, F là điểm đối xứng C qua AB Giả sử H là trực tâm tam giác ABC Chứng minh D, E, F thẳng hàng và OH  R (Đề thi Anh 1990) Cho đường tròn (O) và đường thẳng d không cắt (O) Điểm M thay đổi trên d từ M kẻ hai tiếp tuyến MA, MB với (O) Gọi H là hình chiếu O trên d và E, F lần (9) lượt là hình chiếu H trên MA, MB Chứng minh AB luôn qua điểm cố định từ đó suy EF qua điểm cố định Cho tam giác ABC nột tiếp đường tròn (O) P và Q thuộc đường tròn (O) cho  Chứng minh CQ vuông CP, CQ đối xứng với qua phân giác góc BCA góc với với đường thẳng Simson P tam giác ABC Cho góc nhọn  xOy và tia phân giác Oz , điểm M cố định trên Oz (M khác O) dựng đường tròn tâm (I) qua O và M cắt Ox, Oy A và B Gọi I là trung điểm AB, dựng hình vuông OCID Tìm quỹ tích điểm C đường tròn (I) thay đổi qua O và M Tam giác ABC không đều, P là hình chiếu A trên BC Gọi D, E, F là trung điểm BC, CA, AB Gọi la là đường thẳng qua chân hai đường cao từ P xuống DE, DF Tương tự cho lb , lc Chứng minh la , lb , lc đồng qui Cho tứ giác ABCD nội tiếp đường tròn (O), M là điểm trên đường tròn đó Gọi a, b, c, d là đường thẳng Simson M các tam giác ABC, BCD, CDA, và ABC, gọi A1 , B1 , C1 , D1 là hình chiếu M lên các đường thẳng a, b, c, d Chứng minh A1 , B1 , C1 , D1 thẳng hàng Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn (O) MN là dây cung chuyển động trên đường tròn có độ dài không đổi, Chứng minh đường thẳng Simson M và N tam giác ABC hợp với góc không đổi Hướng dẫn trả lời AB, AC, AD là đường kính , E là giao điểm B đường tròn kính AB và đường tròn đường kính AC  E   thẳng hàng  E, B, C thẳng hàng  AEB  AEC A M AE  BC , tương tự C, D, N thẳng hàng  E, M, N thuộc đường thẳng Simson M C BCD D Tương tự Ví dụ N A Q P E E O K A P R G H B D M C B I C D N R F F M H (10) D, E, F là các điểm đối xứng A, B, C qua BC, CA, AB Gọi H, G là trực tâm, trọng tâm ABC, Qua A, B, C dựn các đường thẳng song với BC, CA, AB cắt M, N, P  A, B, C là trung điểm NP, PM, MN  G, H là trọng tâm, tâm đường tròn ngoại tiếp MNP Gọi I, K, R là hình chiếu O trên PM, MN, NK, ABC đồng dạng MNP  I, R K thẳng hàng  O thuộc đường tròn ngoại tiếp MNP  OH  R OA  OM , OB  MB, OH  MH  năm điểm O, A, M, H, B nằm trên đường tròn đường kính A O MO AB cắt OH I J OM  AB, JA  JB  OI OH  OJ OM  R I  I cố định Kẻ HK  AB  E, F, K nằm trên B K đường thẳng Simson H AMB D E F IKD là tam giác cân  D là trung điểm IH  d D cố định  EF đí qua điểm cố định M H Kẻ PD  BC , PE  AC , PH  AB  E, D, H thẳng hàng CP, CQ đối xứng qua phân giác góc  ACB     ACQ  , DE cắt CQ K, PDEC là tứ PB AQ  BCP   CPD   CEK   ACQ   900 giác nội tiếp  CEK  DE  CQ Q A K B H E D C P Phần thuận: Kẻ MH  OA, MK  OB , Oz là phân giác   MB  , MO cắt AB I  MI  AB theo đường MA thẳng Simson  K, I, H thẳng hàng Gọi E là giao điểm OM và HK  OM  HK  điểm O, C, E, I, D nằm   450  trên đường tròn đường kính OI, E cố định, CIO  C nằm trên đường phân giác góc OIH Phần giới hạn và phần đảo bạn đọc tự làm 10 x H C O A M z E O I K D B y (11) Cách giải Ví dụ 10 Tham khảo Ví dụ 10 và Ví dụ 14 Từ M kẻ MP  AB, MQ  BC và NK  AC , NH  BC , PQ và HK cắt E    900  MQP   900  MBA   900  MA EQC   90   Tương tự EHB AN   EHB   1800  ( MA   AN  )  1800  MN   EQC 2   MN   QEH 11 E A N M P B Q K H C (12)

Ngày đăng: 21/06/2021, 18:10

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan