Chứng minh. Gọi I là trung điểm BC. Do I là tâm của đường tròn ngoại tiếp tứ giácBC0B0C nên IB0 =IC. Lại cóB\0CZ = ABC[ =ZB\0C nênZB0 = ZC. Suy raZI là phân giácY ZX\. Hiển nhiênXI là phân giácY XZ\, do đóI là tâm nội tiếp tam giác XY Z, mà X là trung điểm BC nên theo Bổ đề Sawayama,
(ABC) là đường tròn Mixtilinear nội tiếp của tam giác XY Z, tức là (O) tiếp xúc với (XY Z).
Định nghĩa 2.3.2 ([6]). Cho A và B là hai điểm trong mặt phẳng và r= d1 d2
là một số dương khác 1 thì quỹ tích các điểm P sao cho tỉ số các độ dài
AP
BP =
d1
d2
= r là một đường tròn. Đường tròn dựng theo cách này còn được gọi là đường tròn Apollonius.
Bài toán 2.3.3 (All-Russian Olympiad 2013). Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn (O), ngoại tiếp đường tròn (I). Gọi X, Y là giao điểm của (BIC)
và (I), Z là tâm vị tự ngoài của (I) và (BIC). Chứng minh rằng (XY Z) tiếp xúc với (O).
Chứng minh. GọiF là giao củaAI với(O),T là tâm vị tự trong của(O)và(I),
K là tâm của (XY Z). Ta có ZI
ZF = T I T F = r R = Y I Y F = XI XF, nên X, Y, Z, T
nằm cùng trên đường tròn Apollonius của đoạn thẳng IF ứng với tỉ số r
Hình 2.11: (XY Z)tiếp xúc với (O).
là giao của tiếp tuyến tạiY củaIY F vớiIF. Suy raKY I[ =IF Y .[ Ta thu được
\
KY F +IY F[ = IF Y[ + 2IY F[ = 180o, suy ra Y F là phân giác ngoài KY I[. Nghĩa là F I
F K =
IY
KI hay F là tâm vị tự ngoài của (I)và (XY Z).
Kẻ tiếp tuyến F N, F H tới (XY Z), F N, F H lần lượt cắt (O) tại L, M. Do
(ZT IF) = −1 nên theo hệ thức Newton ta có KN2 = KT2 = KI ·KF, suy ra I là hình chiếu của N trên KF, nghĩa là I là trung điểm N H. Theo định lý Poncelet (Định lý 1.1.11), (I) là đường tròn nội tiếp tam giác LF M nên áp dụng Bổ đề Sawayama suy ra (XY Z) là đường tròn Mixtilinear nội tiếp của tam giác F LM, hay (XY Z) tiếp xúc với (O).
Bài toán 2.3.4 (Sharygin Geometry Olympiad 2009). Cho tứ giác nội tiếp
ABCD. Biết rằng 4 đường tròn tiếp xúc với các đường chéo và tiếp xúc trong với đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD có bán kính bằng nhau. Chứng minh rằng ABCD là hình vuông.
Chứng minh. Kí hiệuIa, Ib, Ic, Idlần lượt là tâm nội tiếp các tam giácBCD, ACD, ABD, ABC, hai đường chéo giao nhau tại I,(Oa),(Ob),(Oc),(Od) lần lượt là 4 đường tròn tiếp xúc với các cặp tia IA, IB;IB, IC;IC, ID;ID, IA và cùng