Chuyên đề những định lý hình học nổi tiếng ôn thi vào lớp 10

Tài liệu gồm 39 trang, hướng dẫn phương pháp giải và tuyển chọn các bài tập chuyên đề những định lý hình học nổi tiếng, có đáp án và lời giải chi tiết, giúp học sinh lớp 9 ôn tập chuẩn bị cho kì thi tuyển sinh vào lớp 10 môn Toán

THCS.TOANMATH.com
NHỮNG ĐỊNH LÝ HÌNH HC NI TING
1. Đường thng Euler
1.(Đường thng Euler). Cho tam giác
ABC
. Chng minh rng trng tâm
G
, trc
tâm
H
và tâm đường tròn ngoi tiếp
O
cùng nm trên một đường thẳng. Hơn nữa
2
GH
GO
. Đường thng ni
,,H G O
gọi là đường thng Euler ca tam giác
.
Chng minh:
Cách 1: Gi
,EF
lần lượt là trung điểm ca
,BC AC
. Ta có
EF
là đường
trung bình ca tam giác
ABC
nên
//EF AB
. Ta li có
//OF BH
(cùng
vuông góc vi
AC
). Do đó
OFE ABH
(góc có cạnh tương ứng song
song). Chứng minh tương tự
OEF BAH
.
T đó có
ABH EFO
(g.g)
2
AH AB
OE EF
(do
EF
là đường
trung bình ca tam giác
ABC
). Mt khác
G
là trng tâm ca tam giác
ABC
nên
2
AG
GE
. Do đó
2
AG AH
FG OE
, li có
HAG OEG
(so le
trong,
//OE AH
)
HAG EOG
(c.g.c)
HGA EGO
. Do
0
180EGO AGO
nên
0
180HGA AGO
hay
0
180HGO
.
E
H'
M
O
H
G
D
C
B
A
O
G
H
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Vy
,,H G O
thng hàng.
Cách 2: K đường kính
AD
của đường tròn
()O
ta có
BH AC
(Tính
cht trc tâm)
AC CD
(Góc ni tiếp chn nửa đường tròn) suy ra
//BH CD
. Tương tự ta cũng có
//CH BD
nên t giác
BHCD
là hình
bình hành, do đó
HD
ct
BC
tại trung điểm ca mỗi đường. T đó cũng suy
ra
1
//
2
OM AH
(Tính chất đường trung bình tam giác
ADH
). Ni
AM
ct
HO
ti
G
thì
1
2
GO OM
GH AH
nên
G
là trng tâm ca tam giác
ABC
.
Cách 3: s dụng định lý Thales :Trên tia đối
GO
ly
'H
sao cho
'2GH GO
. Gi
M
là trung điểm
BC
. Theo tính cht trng
tâm thì
G
thuc
AM
2GA GM
.
Áp dụng định lý Thales
vào tam giác
GOM
d suy ra
'/ /AH OM
(1).Mt khác do
O
là tâm đường tròn ngoi tiếp tam giác
ABC
,
M
là trung điểm
BC
nên
OM BC
(2).
T (1) và (2) suy ra
'AH BC
, tương tự
'BH CA
. Vy
'HH
trc tâm tam giác
ABC
. Theo cách dng
'H
ta có ngay kết lun bài toán.
Chú ý rng: Nếu ta kéo dài
AH
cắt đường tròn ti
H'
thì
=
0
AH' D 90
(Góc ni tiếp chn nữa đường tròn) nên
EM
là đường trung bình ca tam
giác
HH'D
suy ra
H
đối xng vi
H'
qua
BC
. Nếu gi
O'
là tâm vòng
tròn ngoi tiếp tam giác
HBC
thì ta có
O'
đối xng vi
O
qua
BC
.
Đưng thẳng đi qua
H,G,O
đưc gọi là đường thng Euler ca tam
giác
ABC
. Ngoài ra ta còn có
=OH 3OG
.
M
H'
O
G
H
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
*Đường thng Euler có th coi là mt trong những định lý quen thuc nht
ca hình hc phng. Khái niệm đường thẳng Euler trước hết liên quan đến
tam giác, sau đó được m rng và ng dng cho t giác ni tiếp và c
n
-
giác ni tiếp, trong chuyên đề ta quan tâm đến mt s vấn đề có liên quan
đến khái nim này trong tam giác.
1.1. (M rộng đường thng Euler) Cho tam giác
.
P
là điểm bt k
trong mt phng. Gi
', ', 'A B C
lần lượt là trung điểm ca
,,BC CA AB
.
G
là trng tâm tam giác
ABC
.
a) Chng minh rằng các đường thng qua
,,A B C
lần lượt song song vi
', ', 'PA PB PC
đồng quy ti một điểm
P
H
, hơn nữa
,,
P
H G P
thng hàng
2
P
GH
GP
.
b) Chng minh rằng các đường thng qua
', ', 'A B C
lần lượt song song vi
,,PA PB PC
đồng quy ti một điểm
P
O
, hơn nữa
,,
P
O G P
thng hàng và
1
2
P
GO
GP
.
Gii:
a) Ta thy rng kết lun ca bài toán khá rc ri, tuy nhiên ý ng ca li
giải câu 1 giúp ta tìm đến mt li gii rt ngn gọn như sau:
Lấy điểm
Q
trên tia đối tia
GP
sao
cho
2GQ GP
. Theo tính cht trng
tâm ta thy ngay
G
thuc
'AA
2'GA GA
. Vy áp dụng định lý
Thales vào tam giác
'GPA
d suy ra
/ / 'AQ PA
. Chng minh
Hp
G
Q
P
C'
B'
A'
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
tương tự
/ / ', / / 'BQ PB CQ PC
. Như vậy các
đường thng qua
,,A B C
lần lượt song song vi
', ', 'PA PB PC
đồng quy
ti
P
QH
. Hơn nữa theo cách dng
Q
thì
,,
P
H G O
thng hàng và
2
P
GH
GO
. Ta có ngay các kết lun bài toán.
b) Ta có mt li giải tương tự. Lấy điểm
R
trên tia đối tia
GP
sao cho
1
2
GR GP
.
Theo tính cht trng tâm ta thy ngay
G
thuc
'AA
2'GA GA
. Vy áp dng
định lý Thales vào tam giác
GPA
d suy ra
//AR PA
. Chứng minh tương tự
/ / , / /BR PB CR PC
. Như vậy các
đường thng qua
,,A B C
lần lượt song song vi
,,PA PB PC
đồng quy ti
P
RO
. Hơn nữa theo cách dng
R
thì
,,
P
O G P
thng hàng và
2
P
GP
GO
. Ta có ngay các kết lun bài toán.
Nhn xét: Bài toán trên thc s là m rng của đường thng Euler.
Phn a) Khi
PO
tâm đường tròn ngoi tiếp ca tam giác
ta có
ngay
P
HH
là trc tâm ca tam giác
ABC
. Ta thu dược ni dung ca
bài toán đường thng Euler.
Phn b) Khi
PH
trc tâm ca tam giác
ABC
thì
P
OO
tâm đường
tròn ngoi tiếp tam giác
ABC
.
1.2. Cho tam giác
ABC
trc tâm
H
. Khi đó đường thng Euler ca các
tam giác
,HBC
BC
,HCA HAB
đồng quy ti một điểm trên đường thng
R
Op
A
B
C
A'
B'
C'
P
G
THCS.TOANMATH.com
Euler ca tam giác
ABC
.
Gii:
Để gii bài toán này chúng ta cn hai b đề quen thuc sau:
B đề 1. Cho tam giác
ABC
trc tâm
H
. Thì
,,HBC HCA HAB
ln
ợt đối xng vi
ABC
qua
,,BC CA AB
.
Chng minh: Gọi giao điểm khác
A
ca
HA
vi
ABC
'A
. Theo tính cht
trc tâm và góc ni tiếp d thy
'HBC HAC A BC
. Do đó tam giác
'HBA
cân ti
B
hay
H
'A
đối xng
nhau qua
BC
do đó
HBC
đối xng
ABC
.
Tương tự cho
,HCA HAB
, ta có điều phi chng minh.
B đề 2. Cho tam giác
ABC
, trc tâm
H
, tâm đường tròn ngoi tiếp
O
,
M
là trung điểm thì
2HA OM
.
Chng minh:
Gi
N
là trung điểm ca
CA
d thy
//OM HA
do cùng vuông góc vi
BC
//OM HB
do cùng vuông góc vi
CA
nên ta có tam giác
HAB OMN
A
B
C
H
G
O
M
H
O
A
O
A'
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
t s
2
AB
MN
. Do đó
2HA OM
,
đó là điều phi chng minh.
Tr li bài toán. Gi
A
O
là tâm
HBC
theo b đề 5.1 thì
A
O
đối xng vi
O
qua
BC
,kết hp vi b đề 2 suy ra
A
OO
song song và bng
OH
nên t giác
A
AHO A
là hình bình hành
nên
A
AO
đi qua trung điểm
E
ca
OH
.
Tuy nhiên d thy
A
là trc tâm tam giác
HBC
do đó đường thng Euler
ca tam giác
HBC
A
AO
đi qua
E
. Tương tự thì đường thng Euler ca
các tam giác
,HCA HAB
cũngđi qua
E
nm trên
OH
là đường thng
Euler ca tam giác
ABC
. Đó là điều phi chng minh.
Nhn xét: Điểm đồng quy
E
là trung điểm
OH
cũng chính là tâm đường
tròn Euler ca tam giác
ABC
1.3. Cho tam giác
ABC
tâm đường tròn ni tiếp
I
. Khi đó đường thng
Euler ca các tam giác
,,IBC ICA IAB
đồng quy ti một điểm trên đường
thng Euler ca tam giác
ABC
.
ng dn gii:
Ta s dng các b đề sau:
O
A
O
E
H
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
B đề 3. Cho tam giác
ABC
ni tiếp đường tròn
O
, tâm đường tròn ni
tiếp
I
.
IA
ct
O
tại điểm
D
khác
A
thì
D
là tâm đường tròn ngoi tiếp
tam giác
IBC
.
Gii:
S dng tính cht góc ni tiếp
và góc ngoài tam giác ta có:
IBD IBC CBD
IBA IAC IBA IAB BID
Vy tam giác
IDB
cân ti
D
.
Tương tự tam giác
ICD
cân ti
D
do đó
DI DB DC
. Vy
D
là tâm
đường tròn ngoi tiếp tam giác . (Xem thêm phn góc với đường tròn)
B đề 4. nh lý Menelaus). Cho tam giác
ABC
một đường thng ct ba
cnh
,,BC CA AB
tương ứng ti
', ', 'A B C
thì
' ' '
. . 1
''
A B B C C A
AB B A C B
.
Định lý đã được chng minh chi
tiết trong (Các định lý hình hc ni
tiếng)
Tr li bài toán. Gi
O
là tâm
ABC
,
IA
giao
ABC
tại điểm
A
O
khác
A
.
Gi
,
A
GG
lần lượt là trng tâm tam giác
,ABC IBC
. Gi
M
là trung điểm
BC
,
A
GG
ct
A
OO
ti
E
.
O
D
I
C
B
A
O
T
O
A
N
E
M
I
G
A
S
G
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Theo b đề 3 và các tính chất cơ bản ta thy
A
O
là trung điểm cung
BC
không cha
A
ca
O
do đó
A
OO
vuông góc vi
BC
ti
M
.
2
3
A
IG
AG
IM AM
nên
//
AA
GG AO
suy ra
2
3
A
A
OE
OM
(1). Hơn nữa
A A A
A
G E IO CO
G G IA IA
(2). Gi
AA
GO
(đường thng Euler ca tam giác
IBC
) ct
OG
(đường thng Euler ca tam giác
ti
S
). Ta s chng
minh rng
S
c định. Gi
N
là hình chiếu ca
I
lên
AB
. Do
A
AIB BCO
nên hai tam giác vuông
IAN
A
O CM
đồng dạng. Do đó
A A A
IA IN r
O C MO MO
hay
.
A
A
CO
r
MO IA
(3)
Áp dụng định lý Menelaus vào tam giác
GOE
,,
AA
S G O
thng hàng, ta
có:
1 . . . .
3
.
2
A A A
AA
A
O O G E CO
SG SG R
SO O E G G SO IA
OM
2
.
2
SG R
SO r
. Vy
3
2
SG r
SO R
, do đó
S
c định. Tương tự, các đường thng Euler ca tam
giác
,ICA IAB
cũng đi qua
S
nằm trên đường thng Euler ca tam giác
ABC
. Ta có điều phi chng minh.
Nhn xét. Điểm đồng quy
S
thường được gọi là điểm Schiffer ca tam giác
ABC
.
1.4 Cho tam giác
ABC
. Đường tròn
I
tiếp xúc ba cnh tam giác ti
,,D E F
. Khi đó đường thng Euler ca tam giác
DEF
đi qua tâm đường
tròn ngoi tiếp
O
ca tam giác
ABC
.
ng dn gii:
THCS.TOANMATH.com
Gi
', ', 'A B C
lần lượt là giao điểm khác
,,A B C
ca
,,IA IB IC
vi
đường tròn ngoi tiếp
O
Khi đó
'A
là trung điểm cung
BC
không cha
A
ca
O
do đó
'OA BC
suy ra
'/ /OA ID
. Gọi giao điểm ca
'AD
vi
OI
K
, áp dụng định lý Thales vào tam giác
'KOA
ta thy ngay
''
KD KI ID r
KA KO OA R
trong đó
,rR
lần lượt là bán kính đường tròn
ni tiếp và ngoi tiếp tam giác. Do đó
K
c định, tương tự
' , 'B E C F
đi
qua
K
.Lấy điểm
H
thuộc đoạn
KO
sao cho
KH r
KI R
. Áp dụng định lý
Thales
trong tam giác
'KIA
ta thy
'
KH KD
KI KA
(cùng bng
r
R
)
nên
/ / 'DH IA
. Bng tính cht
phân giác và tam giác cân d
thy
'IA AI EF
do đó
DH EF
. Chứng minh tương
t
,EH DF FH ED
hay
H
là trc tâm ca tam giác
DEF
. Ta chú ý
rng
I
chính là tâm đường tròn ngoi tiếp tam giác
DEF
đi qua
O
. Ta có
điều phi chng minh.
Nhn xét. 1.4 là mt kết qu rt hay gp v đường thng Euler, nh đó ta có
th chng minh được kết qu thú v khác như sau
1.5 Cho tam giác
ABC
các đường cao
', ', 'AA BB CC
đồng quy ti
H
.
Gi
,,D E F
là hình chiếu ca
H
lên
' ', ' ', ' 'B C C A A B
. Khi đó đường
thng Euler ca tam giác
DEF
và tam giác
trùng nhau.
K
H
O
I
D
C'
B'
A'
F
E
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Gii:
Ta đã biết mt kết qu quen thuộc đó là trực tâm
H
ca tam giác
chính là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
'''A B C
. Khi đó theo 1.4 ,
đường thng Euler ca tam giác
DEF
chính là đường thng ni
H
N
,
trong đó
N
là tâm đường tròn ngoi tiếp tam giác
'''A B C
. Mt khác tâm
N
đường tròn ngoi tiếp tam giác
'''A B C
chính là tâm đường tròn Euler
ca tam giác
ABC
do đó
NH
cũng chính là đường thng Euler ca tam
giác
ABC
. Đó là điều phi chng minh.
Chú ý. Áp dng kết qu 1.5 ta li có kết qu thú v khác
1.6. Cho tam giác
ABC
. Đường tròn ni tiếp tiếp xúc
,,BC CA AB
ti
,,D E F
. Tâm các đường tròn bàng tiếp
,,
a b c
I I I
. Chng minh rằng đường
thng Euler ca tam giác
DEF
và tam giác
trùng nhau.
Chng minh:
Ta áp dng kết qu 1.5 vào tam giác
a b c
I I I
, ta chú ý rng
I
chính là trc
tâm tam giác
a b c
I I I
ta có điều phi chng minh.
1.7. Cho tam giác
ABC
đường tròn ni tiếp
( )
I
tiếp xúc vi
,,BC CA AB
ti
,,D E F
.
', ', 'A B C
lần lượt là trung điểm ca
,,EF FD DE
. Chng minh
rằng các đường thng lần lượt qua
', ', 'A B C
và vuông góc vi
,,BC CA AB
đồng quy ti một điểm trên đường thng
OI
trong đó
O
là tâm đường tròn
ngoi tiếp tam giác
ABC
.
Ta d thy
,,ID IE IF
lần lượt vuông
góc vi
,,BC CA AB
nên các đường
thng lần lượt qua
', ', 'A B C
và vuông
C'
B'
A'
A
B
C
E
F
D
I
O
THCS.TOANMATH.com
góc vi
,,BC CA AB
s tương ứng song
song vi
,,ID IE IF
. Ta suy ra các đường
thẳng này đồng quy ti một điểm trên
IG
vi
G
là trng tâm ca tam giác
DEF
. Tuy nhiên
IG
cũng chính là đường
thng Euler ca tam giác
DEF
. Theo 1.5,
IG
đi qua
O
. Như vậy điểm
đồng quy nm trên
IO
. Ta có điều phi chng minh.
1.8. Cho tam giác
ABC
đường tròn ni tiếp
I
tiếp xúc
,,BC CA AB
ti
,,D E F
ần lượt gi
,,DP EQ FR
là đường kính ca
,I
chng minh rng
,,AP BQ CR
đồng quy ti một điểm nằm trên đường ni
I
và trng tâm
G
ca tam giác
ABC
.
B đề 5. Cho tam giá
ABC
, đường tròn ni tiếp
I
ca tam giác tiếp xúc
BC
ti
D
. Gi
DE
là đường kính ca
I
.
AE
ct
BC
ti
F
thì
BD CF
.
Chng minh: Gọi giao điểm ca tiếp tuyến ti
E
ca
I
vi
,AB AC
ln
t là
,KL
. Gi
r
là bán kính ca
I
.
Ta chú ý rng
,KI LI
lần lượt là phân
giác ca các góc
,BKL CLK
. T đó
ta d thy
KEI IDB
(g.g) suy
ra
2
..KE BD ID IE r
. Tương tự
2
..EL DC ID IE r
do đó
..KE BD ELDC
. Suy ra
EL KE EL KE KL
BD DC DB DC BC
(1). D thy
//KL BC
. Theo định lý Thales ta có
EL AL KL
FC AC BC
(2)
L
K
I
D
F
E
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
T (1) và (2) ta d suy ra
BD FC
, ta chứng minh được b đề.
Tr li bài toán.
Gọi giao điểm ca
AP
vi
BC
1
A
và trung điểm
BC
2
A
.
Theo b đề
1
BD CA
vy
2
A
cũng là trung điểm
1
DA
,
I
trung điểm
DP
do đó suy ra
21
//IA AA
. Tương tự
1 2 1 2
, , ,B B C C
thì
2 1 2 1
/ / , / /IB BB IC CC
.
T đó ta áp dụng câu 2 a) với điểm
I
ta suy ra
2 2 2
,,AA BB CC
đồng quy ti
một điểm
N
nằm trên đường ni
I
và trng tâm
G
ca tam giác
ABC
hơn nữa
2GN GI
. Ta có điều phi chng minh.
Qua đưng thẳng Ơ le và một s kết qu m rng ta thy vic khai thác
các định lý, tính cht hình hc là chìa khóa quan trọng để khám phá
các v đẹp tim ẩn trong ‘’Hình hc phẳng’’. Hy vọng các em hc sinh
tiếp tc phát triển, đào sâu suy nghỉ đ tìm ra các bài toán mới hay hơn,
phong phú hơn.Đó là cách để hc gii b môn hình hc phng.
2. Đường thng Simmon
Cho tam giác
ABC
ni tiếp đường tròn
O
M
là một điểm bt k trên
đường tròn. K
,,MH MI MK
lần lượt vuông góc vi
,,AB BC AC
. Chng
minh rằng ba điểm
,,H I K
thng hàng.
Chng minh:
K
H
I
M
O
C
B
A
N
A
1
C
1
B
1
A
2
G
Q
R
P
A
B
C
E
F
D
I
K
THCS.TOANMATH.com
T giác
MIBH
0 0 0
90 90 180BHM BIM
nên là t giác ni
tiếp
MIH MBH
(cùng chn cung
HM
), mà t giác
ABMC
ni tiếp
nên
MBH KCM
, do đó
MIH KCM
.
Mt khác t giác
KCMI
ni tiếp (vì
0
90MIC MKC
) nên
0 0 0
180 180 180KCM MIK MIH MIK HIK
.
Vy
,,H I K
thng hàng.
Đưng thẳng đi qua
,,H I K
được gọi là đường thng Simson của điểm
M
.
Chú ý: Ta có bài toán đảo v bài toán Simson như sau: Cho tam giác
ABC
và một điểm
M
nm ngoài tam giác. Chng minh rng nếu hình chiếu ca
M
lên ba cnh ca tam giác
ABC
là ba điểm thng hàng thì
M
nm trên
đường tròn ngoi tiếp tam giác
ABC
.
3. Đường thng Steiner
Cho tam giác
ABC
ni tiếp đường tròn
O
,
M
là điểm bt k thuc
đường tròn. Gi
,,N P Q
theo th t là các điểm đối xng vi
M
qua
,,AB BC CA
. Chng minh rng
,,N P Q
thng hàng.
Chng minh:
D
1
1
1
1
E
F
Q
P
N
K
H
I
M
O
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Gi
,,H I K
theo th t là hình chiếu ca
M
lên
,,AB BC AC
; thế thì
,,H I K
thẳng hàng (đường thng Simson). D thy
IH
là đường trung
bình ca tam giác
MNP
. Tương tự
//IK PQ
. Theo tiên đề Ơ-clit và do
,,H I K
thng hàng nên suy ra
,,N P Q
thng hàng.
Đưng thẳng đi qua
,,N P Q
được gọi là đường thng Steiner của điểm
M
.
Chú ý:
a) Ta có th chứng minh ba điểm
,,N P Q
thng hàng bng cách dùng phép
v tự: Các điểm
,,N P Q
lần lượt là nh ca
,,H I K
trong phép v t tâm
M
t s 2, mà
,,H I K
thng hàng nên
,,N P Q
cũng thẳng hàng. Như vậy
đường thng Steiner là nh của đường thng Simson trong phép v t tâm
M
t s 2.
b) Đường thẳng Steiner đi qua trực tâm ca tam giác
ABC
. Tht vy, gi
D
là trc tâm ca tam giác
;,ABC BD CD
ct
O
lần lượt
,EF
. D
dàng chứng minh được
E
đối xng vi
D
qua
AC
,
F
đối xng vi
D
qua
AB
(Xem phn chứng minh đường thẳng Ơ le cách 2). Ta có
FDMN
là hình thang cân nên
11
FN
1 1 1
F B H
(Tính cht góc ni tiếp) ,
do đó
11
NH
. Suy ra
//ND HK
. Tương tự
//QD HK
.
Vy
,,N D Q
thng hàng hay đường thẳng Steiner đi qua trực tâm ca tam
giác
ABC
.
Cách khác:
THCS.TOANMATH.com
Gi
,,AS BJ CR
là các đường cao ca tam giác
ABC
,
D
là trc tâm. Ta
ANB AMB
(tính chất đối xng). Li có
AMB ADJ
(cùng bù vi
SDJ
). Suy ra
ANB ADJ
nên
ADBN
là t giác ni tiếp, do đó
NAB NDB
. Mà
NAB MAB NDB MAB
. Chứng minh tương
t
CDQ CAM
. Ta có
NDB CDQ MAB CAM BAC
0
180NDQ NDB BDC CDQ BAC BDC
.
Vy
,,N D Q
thẳng hàng hay đường thẳng Steiner đi qua trực tâm ca tam
giác
ABC
.
4. Đường tròn Euler
Cho tam giác
ABC
có đường cao
,,AD BE CF
đồng quy ti
H
. Gi
,,M N P
lần lượt là trung điểm ca
,,BC CA AB
;
,,S R Q
ln t là trung
điểm ca
,,HA HB HC
. Chng minh rằng chin điểm
, , , , , , , ,D E F M N P S R Q
cùng nm trên một đường tròn.
Chng minh:
R
J
S
H
D
Q
P
N
K
I
M
O
C
B
A
I
H
N
M
S
R
Q
P
F
E
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Trong tam giác
ABH
thì
PR
là đường trung bình nên
//PR AH
1
2
PR AH
. Trong tam giác
ACH
thì
NQ
là đường trung bình nên
//NQ AH
1
2
NQ AH
. Do đó
//PR NQ
PR NQ
nên
PNQR
là hình bình hành. Mt khác
//PR AH
AH BC
nên
PR BC
, li có
//PN BC
(
PN
là đường trung bình ca tam giác
ABC
). Suy ra
PN PR
, do đó
PNQR
là hình ch nht. Gi
I
là giao
điểm ca
PQ
RN
thì
IP IN IR IQ
. Chứng minh tương tự ta
IS IM IN IR
. Ta được
IP IQ IN IR IS IM
.
Tam giác
FPQ
vuông ti
F
I
là trung điểm ca
PQ
nên
IF IP IQ
. Tương tự
IE IR IN
;
ID IS IM
. Suy ra
ID IE IF IM IN IP IS IR IQ
. Vậy chin điểm
, , , , , , , ,D E F M N P S R Q
cùng nằm trên đường tròn tâm
I
. Đưng tròn đi
qua chín điểm được gọi là đường tròn Euler ca tam giác
ABC
.
Chú ý:
a) Tâm đường tròn Euler nằm trên đường thng Euler.
Tht vy, gi
G
và O theo th t là trọng tâm và tâm đường tròn ngoi tiếp
tam giác
ABC
. Ta chứng minh được
1
2
OM AH SH
, li có
//OM SH OMHS
là hình bình hành. Mà
I
là trung điểm ca
SM
nên
cũng là trung điểm ca
OH
.
THCS.TOANMATH.com
Như vậy bốn điểm
, , ,H I O G
thng hàng, t là tâm đường tròn Euler nm
trên đường thng Euler.
b) Bán kính đường tròn Euler bng
2
R
(vói
R
là bán kính đường tròn ngoi
tiếp tam giác
ABC
). Tht vy, ta có
IS
là đường trung bình ca
AHO
nên
22
OA R
IS
.
5. Điểm Miquel
Cho t giác
ABCD
E
là giao điểm ca
AB
CD
,
F
là giao điểm
ca
AD
BC
. Chng minh rằng đường tròn ngoi tiếp ca tam giác
, , ,EBC FCD EAD FAB
đồng quy.
Chng minh:
Gi
M
là giao điểm th hai của hai đường tròn ngoi tiếp tam giác
EBC
FCD
.
Ta có
0
180EMD EMC CMD ABF AFB EAD
0
180EAD EMD
. Do t giác
EMDA
ni tiếp hay
M
thuc
M
F
E
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
đường tròn ngoi tiếp tam giác
EAD
. Chứng minh tương tự
M
cũng thuộc
đường tròn ngoi tiếp tam giác
FAB
.
Vậy đường tròn ngoi tiếp ca các tam giác
, , ,EBC FCD EAD FAB
đồng
quy ti
M
.
Đim
M
được gọi là điểm Miquel.
6. Đường tròn Miquel
Cho t giác
ABCD
E
là giao điểm ca
AB
và
CD
,
F
là giao điểm
ca
AD
BC
. Gi
M
là điểm Miquel và
1 2 3 4
, , ,O O O O
lần lượt là tâm
đường tròn ngoi tiếp ca các tam giác
, , ,EBC CDF EAD ABF
. Chng
minh rằng năm điểm
1 2 3 4
, , , ,M O O O O
cùng nm trên một đường tròn.
Chng minh:
Gi
,,H I K
theo th t là trung điểm ca
,,FM BM CM
. Các đường tròn
1
O
2
O
ct nhau ti
M
C
nên
12
OO
là đường trung trc ca
MC
,
do đó
12
OO
vuông góc vi
MK
ti
K
. Tương tự
14
OO
vuông góc vi
MI
ti
I
,
24
OO
vuông góc vi
MH
ti
H
.
Nói cách khác
,,H I K
theo th t là hình chiếu ca
M
trên các cnh
2 4 1 4 1 2
,,O O OO OO
ca tam giác
1 2 4
OO O
. D thy
//IK BC
//IH FB
,,F B C
thng hàng nên
,,H I K
thng hàng.
K
H
I
A
B
C
D
E
F
M
O
1
O
2
O
3
O
4
THCS.TOANMATH.com
Theo bài toán đảo v đường thng Simson (xem mc 2), ta có
1 2 4
, , ,M O O O
cùng nm trên một đương tròn. Tương tự
1 3 4
, , ,M O O O
cùng nm trên mt
đường tròn. Vậy năm điểm
1 2 3 4
, , , ,M O O O O
cùng nm trên một đường tròn.
Đường tròn đi qua năm điểm
1 2 3 4
, , , ,M O O O O
được gọi là đường tròn
Miquel.
7. Định lý Miquel
Cho tam giác
ABC
các điểm
,,D E F
lần lượt nm trên các cnh
,,BC CA AB
. Chng minh
rằng đường tròn ngoi tiếp ca các tam giác
,,AEF BDF CDE
đồng quy.
Chng minh:
Gi
M
là giao điểm khác
D
của đường tròn ngoi tiếp hai tam giác
,BFD CDE
. Ta có
AFM BDM
AEM CDM
(do
,BFMD DMEC
là các t giác ni tiếp). Do đó
D
F
E
M
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
0
180AEM AFM BDM CDM
nên t giác
AEMF
ni tiếp hay
M
cũng thuộc đường tròn ngoi tiếp tam giác
AEF
.
Vậy đường tròn ngoi tiếp ca tam giác
,,AEF BDF CDE
đồng quy ti
M
(đpcm).
8. Định lý Lyness
Cho tam giác
ABC
ni tiếp đường tròn
O
. Đường tròn
'O
tiếp xúc
trong vi
O
ti
D
và tiếp xúc vi
,AB AC
,EF
. Chng minh rng
EF
đi qua tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
.
Chng minh:
V tia phân giác ca
BDC
ct
EF
ti
I
; gi
,MN
là giao điểm ca
,DF DE
với đường tròn
O
. Ta có
'O FD OMD ODM
nên
1
1
D
F
O'
E
I
N
M
O
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
' / /O F OM
'O F AC OM AC M
là điểm chính gia ca
cung
AC
, do đó
1
2
FDC ABC
(1). Tam giác
AEF
cân ti
A
( Do
, AFAE
là các tiếp tuyến ca
( ')O
) nên
0
11
180
2
A
EF
, mt khác
0
180
22
BDC A
IDC IDB
(Tính cht góc ni tiếp ca t giác
ABDC
) nên
11
IDB IDC E F
. Mà
1
1
s
2
EDF F EFđ
IDC EDF IDE FDC
(2). Vì
1
E IDB
nên
IEDB
là t
giác ni tiếp
IDE IBE
(3). T (1),(2) và (3) ta có
1
2
IBE ABC
,
do đó
IB
là tia phân giác ca
ABC
.
Do
IDC IDB
IDE FDC
nên
BDE IDF
. T giác
IFCD
ni
tiếp (vì
1
F IDC
).
IDF ICF ICF BDE
(4). Mt khác, do
N
là điểm chính gia
ca
AB
(chứng minh tương tự trên)
1
2
BDE ACB
(5). T (4) và
(5) suy ra
1
2
ICF ACB
, do đó
IC
là tia phân giác ca
ACB
. Vy
I
tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
(đpcm).
Cách khác:
x
1
1
D
F
O'
E
I
N
M
O
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
V tia phân giác ca
ABC
ct
EF
ti
I
, ta chng minh
IC
là tia phân
giác ca
ACB
. V tiếp tuyến chung
Dx
ca
O
'O
. Tương tự như
cách trên, gi
M
là giao điểm ca
DF
vi
O
thì
M
là điểm chính gia
ca
AC
, do đó
,,B I M
thng hàng.
Ta có
IED IBD xDM
nên t giác
IEDB
ni tiếp
0
1
180
2
A
IDB E
, mà
0
180BDC A
, do đó
0
1
180
2
A
IDC F
t giác
IDCF
ni tiếp
ICF IDF
. Ta li
0
180
2 2 2
A ABC ACB
IDF IDC FDC
2
ACB
ICF
,
do đó
IC
là tia phân giác ca
ACB
(đpcm).
9. Định lý Lyness m rng (b đề Sawayama)
Cho tam giác
ABC
ni tiếp đường tròn
O
M
là một điểm bt k trên
THCS.TOANMATH.com
cnh
AC
. Đường tròn
'O
tiếp xúc với đường tròn
O
ti
D
và tiếp xúc
vi
,MB MC
lần lượt
,EF
. Chng minh rằng tâm đường tròn ni tiếp
tam giác
ABC
nm trên
EF
.
Để chứng minh định lý này ta cn hai b đề sau:
B đề 1: Cho
AB
là dây của đường tròn
O
. Đường tròn
'O
tiếp xúc
vi
O
ti
T
và tiếp xúc vi
AB
ti
K
. Chng minh rng
TK
đi qua
điểm chính gia ca cung
AB
2
.MA MK MT
(vi
M
là điểm chính
gia ca
AB
).
Chng minh
M
là điểm chính gia ca cung
AB
. Ta có
'O KT OMT OTM
nên
' / /O K OM
'O K AB OM AB M
là điểm chính gia ca cung
AC
,
Bây gi ta chng minh
2
.MA MK MT
.
Tht vy, ta có
MTA MBA MAK
MKA MAT
(g.g)
2
.
MK MA
MA MK MT
MA MT
.
M
T
K
O'
O
B
A
THCS.TOANMATH.com
B đề 2: Cho tam giác
ABC
ni tiếp ni tiếp đường tròn
O
M
điểm chính gia ca
AB
không cha
C
. Trên
MC
ly
I
sao cho
MI MB
. Chng minh rng
I
là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
.
Tht vy, gi
'I
là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
thì
'I
là giao
điểm của đường phân giác trong góc
B
vi
MC
. Ta có
' ' ' 'I BM I BA ABM I BC BCM BI M
suy ra tam giác
MBI
cân ti
M
hay
'MI MB
.
Do đó
'MI MI
hay
'II
. Vy
I
là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
.
Chng minh:
Gi
N
giao điểm ca
DF
vi
O
thì
N
là điểm chính gia ca
AC
2
.NC NF ND
(theo b đề 1). Gi
Dx
là tiếp tuyến chung ca
O
'O
ti
,DI
là giao điểm ca
BN
EF
. Ta có
IED IBD xDN
nên t giác
IEBD
là t giác ni tiếp
DIB DEB
. Mà
DEB DFI
nên
DIB DFI
, do đó
NID NFI
(cùng k bù vi hai góc bng nhau).
T đó chứng minh được
NFI NID
(g.g)
O
I
M
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
22
.
NF NI
NI NF ND NC NI NC
NI ND
. Theo b đề 2, ta
I
là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
(đpcm).
10. Mt h qu của định lý Lyness m rng
Cho đường tròn
O
hai điểm
A
B
nằm trên đường tròn
điểm
C
nằm trong đường tròn
O
. Đường tròn
'O
tiếp xúc trong vi
O
ti
R
và tiếp xúc vi
,CA CB
theo th t
,PQ
. Gi
I
là tâm đường
tròn ni tiếp tam giác
ABC
. Chng minh rng
I
nằm trên đường tròn
ngoi tiếp tam giác
APR
.
Chng minh:
Gi
D
là giao điểm ca
BC
vi
O
,
K
là tâm đường tròn ni tiếp ca
tam giác
ADB
. Ta có
,,B I K
thng hàng và
K
nm trên
PQ
(theo b đề
Sawayama). D thy
, , ,A P K R
cùng nm trên một đường tròn (xem mc 8)
(1). Do
I
là tâm đường tròn ni tiếp tam giác
ABC
nên
x
O'
O
I
F
E
N
M
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
90
2
ACB
AIB
. Ta li có
0
0 0 0
180
180 180 90
22
ACB ACB
APK CPK
.
Do đó
AIB APK
nên
, , ,A P K I
cùng nm trên một đường tròn (2)
T (1) và (2) suy ra
, , , ,A P R K I
cùng trên một đường tròn.
Vy
I
thuộc đường tròn ngoi tiếp tam giác
APR
.
11. Định lý Ptolemy cho t giác ni tiếp
Cho t giác
ABCD
ni tiếp trong đường tròn
O
. Chng minh rng
. . .ABCD AD BC AC BD
.
Chng minh:
Q
I
R
O'
O
K
P
D
C
B
A
O
E
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Trên
AC
lấy điểm
E
sao cho
ADE BDC
. Khi đó ta có:
AED BCD
(g.g). Nên suy ra
..AD BC AE BD
(1)
Mặt khác, ta cũng có:
AD DE AD BD
DC DC DE DC
. T đó suy ra
..ADB EDC AB DC DB EC
(2). T (1), (2) ta suy ra:
. . .AB DC AD BC BD EC AE DB AC
. Ta có đpcm.
Cách 2.
T
C
v
, , , ,CE AD CF BD CG AB E AD F BD G AB
.
Theo định lý Simson, ta có
,,G F E
thng hàng. Ta có:
GF FE GE
.
Áp dụng định lý hàm s sin ta có:
.sin ; .sin ; .sinGF BC B EF DC D GE AC A
;
sin ;
2
AD
B
R
sin ;sin
22
AB BD
DA
RR
. T trên ta suy ra:
. . .
2 2 2
BC AD AB DC BD AC
R R R
.Vy ta có:
. . .BD AC AB DC BD AC
(đpcm)
12. Định lý Ptolemy cho t giác bt k
Cho t giác
ABCD
. Chng minh rng
. . .ABCD AD BC AC BD
.
Chng minh:
M
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Bên trong t giác
ABCD
lấy điểm
M
sao cho
MAD CAB
MDA ACB
. Ta có
ADM ACB
(g.g)
..
AD DM
AD BC AC DM
AC BC
(1). Do
MAD CAB
nên
DAC MAB
.
Xét tam giác
ADC
MAB
, có:
DAC MAB
(chng minh trên)
AD AM
AC AB
(do
AMD ACB
) nên
ADC AMB
(c.g.c)
..
DC AC
ABCD AC MB
MB AB
(2). T (1) và (2) suy ra
. . .ABCD AD BC AC BM DM AC BD
.
Đẳng thc xy ra khi
M
nằm trên đường chéo
BD
, lúc đó tứ giác
ABCD
ni tiếp.
d 1) Cho tam giác
ABC
vuông ti
A
.
AB AC
. Gi
D
là một điểm
trên cnh
BC
E
là một điểm trên cnh
BA
kéo dài v phía
A
sao cho
BD BE CA
. Gi
C
là một điểm trên
AC
sao cho
, , ,E B D P
thuc
cùng một đường tròn
Q
giao điểm th hai ca
BP
với đường tròn ngoi
tiếp tam giác
ABC
. Chng minh rng
AQ CQ BP
.
Gii:
Vì t giác
,BEPD AQCB
ni
tiếp nên
CAQ CBQ DEP
.
Mt khác
0
180AQC ABC EPD
E
D
Q
P
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
(1). Áp dụng định lý Ptô - mê cho
t giác
BEPD
ta có
. . .PE BD PD EB DE BP
(2)
T (1) và (2) suy ra
. . .AQ BD QC EB CABP
. Mt khác
BD EB CA
nên
AQ QC BP
.
Ví d 2) . Cho tam giác
ABC
I
là tâm đường tròn ni tiếp
O
là tâm
đường tròn ngoi tiếp và trng tâm
G
. Gi s rng
0
90OIA
. Chng
minh rng
IG
BC
song song.
Gii:
Gi
E
là giao điểm th hai khác
A
ca
AI
với đường tròn
O
.
Khi đó
E
là điểm chính gia
cung
BC
(cung không cha
A
).
Ta có
EB EI EC IA
.
Theo định lý Ptô--mê ta có
. . .EABC EC AB EB AC
do đó
2BC AB AC
.
Theo tính chất đường phân giác trong tam giác ta có:
2
AB AI AC AB AC AB AC
BD ID DC BD DC BC
.Vy
2
AI
AD
. Gi
M
là trung điểm cnh
BC
, khi đó
2
AG AI
GM ID
. Vy
//GI BC
.
13. Định lý Brocard
Cho t giác
ABCD
ni tiếp đường tròn
O
. Gi
M
là giao điểm ca
AB
C
O
G
I
E
M
D
B
A
THCS.TOANMATH.com
CD
;
N
là giao điểm ca
AD
BC
;
I
là giao điểm ca
AC
BD
.
Chng minh rng
I
là trc tâm ca tam giác
OMN
.
Chng minh:
Gi
E
là giao điểm khác
I
của hai đường tròn ngoi
tiếp tam giác
AID
BIC
.
Ta có
DEC
0
360 DEI IEC
0 0 0
360 180 180DAI CBI
sDAI CBI CD DOCđ
, do đó tứ giác
DOEC
ni tiếp.Ta có
sAEB AIE BEI ADI BCI AB AOBđ
nên
AOEB
cũng
là t giác ni tiếp. Gi
'E
là giao điểm ca
OM
là đường tròn ngoi tiếp
tam giác
DOC
.
Thế thì
'. .ME MO MC MD
, mà
..MC MD MAMB
nên
'. .ME MO MAMB
. T đó chứng minh được t giác
'AOE B
ni tiếp.
như vy
'E
là điểm chung khác
O
của hai đường tròn ngoi tiếp tam giác
AOB
DOC
. Do đó
'EE
hay
,,M E O
thng hàng.
Tương tự
,,NIE
thng hàng.Ta có:
IEO AEI AEO DAI OBA
(1).
IEM IEB BEM BCI OAB
(2). Li có
DAI BCI
OBA OAB
(3). T (1),(2) và (3) ta có
IEO IEM
, mà
0
180IEO IEM
nên
0
90IEO IEM
hay
NI OM
.
E
I
N
M
D
O
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Tương tự gi
F
là giao điểm khác
I
của hai đường tròn ngoi tiếp tam giác
AIB
DIC
thì
,,NIF
thng hàng và
MI ON
. Vy
I
là trc tâm ca
OMN
.
14. Định lý con bướm với đường tròn
Cho đường tròn
O
dây
AB
. Gi
I
là trung điểm ca dây
AB
v các dây
,CD EF
đi qua
I
(
C
E
nm v mt phía ca
AB
). Gọi giao điểm ca
,CF DE
vi
AB
,MN
. Chng minh rng
IM IN
.
Chng minh:
Cách 1: V dây
''EF
đối xng vi tia
EF
qua
OI
. T giác
''CE F F
ni
tiếp nên
0
' ' 180MCE F
. Mà
'/ /FF AB
nên
''F MIE
, do đó
0
' ' 180MIE MCE
t giác
'MCE I
ni tiếp
11
CE
. Mt khác
11
EC
nên
'
11
EE
.
Ta li có
'; 'IE IE MIE NIE
(tính chất đối xng). T đó chứng minh
được
'MIE NIE
(g.c.g)
IM IN
.
1
1
1
O
I
N
M
F'
E'
F
E
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Cách 2: K
,OH CF OK DE
thì
,HK
lần lượt là trung điểm ca
,CF DE
. Ta có
ICF IED
(g.g) có
,IH IK
là các trung tuyến tương
ng nên
IH IC CF HC
ICH IEK
IK IE DE KE
(c.c.c)
11
HK
(1). Các t giác
,OIMH OINK
ni tiếp (tổng hai góc đối) nên
1 1 2 1
,O H O K
(2).T (1) và (2) có
12
OO
nên tam giác
MON
cân ti
O
. Vy
IM IN
.
Cách 3:
K
1 1 2 2
, ; ,MM NN CF MM NN DE
.
Ta
1
1 1 2 2
1
1;
MM
IM
IMM INN IMM INN
IN NN
;
2
2
2
MM
IM
IN NN
1
11
1
3;
MM
CM
CMM ENN
NN EN
2
21
2
4
MM
FM
FMM DNN
NN DN
.T (1),(2),(3) và (4) suy ra:
2
1
K
H
A
B
C
D
E
F
M
N
I
O
1
1
N
2
N
1
M
2
M
1
O
I
N
M
F
E
D
C
B
A
H
THCS.TOANMATH.com
2
12
2
12
.
..
. . .
MM MM
IM CM FM AM MB
NN NN EN DN BN AN
IN
. Đặt
,,IM m IN n IA IB a
. Ta có
2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2
1
a m a m
m a m m a m
n a n n a n
a n a n
22
m n m n
. Vy
IM IN
.
Chú ý: Nếu gi
,PQ
là giao điểm ca
,CE DF
với đường thng
AB
thì ta
cũng có
IP IQ
. Tht vy, k
,OS DF OJ EC
và chng minh
tương tự như cách 2.
15. Định lý con bướm m rng với đường tròn
Cho đường tròn
O
dây
AB
I
là một điểm bt k thuc dây
AB
. V
các dây
,CD EF
đi qua
I
(
C
E
nm v mt phía ca
AB
). Gi giao
điểm ca
,CF DE
vi
AB
,MN
. Chng minh rng
1 1 1 1
IA IN IB IM
.
Chng minh:
P
Q
S
A
B
C
D
E
F
M
N
I
O
1
1
1
O
I
N
M
F
E
D
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
Trước hết ta chng minh rng
..AM IB BN IA
IM IN
(*)
Tht vy, v đường tròn ngoi tiếp tam giác
CMD
ct
AB
K
. Theo h
thức lượng trong đường tròn, ta có
..IM IK IC ID
..IC ID IAIB
nên
..IM IK IAIB
.
..
AM IB
IM IB BK AM IM IB IM BK AM IB BK
IM
(1). Vì
1 1 1
K C E
nên t giác
EIDK
ni tiếp, tương tự như trên ta có
...IN NK EN ND AN NB IN NB BK IA IN BN
.
..
BN IA
IN BK IABN BK
IN
(2). T (1) và (2) suy ra
..AM IB BN IA
IM IN
, (*) đã được chng minh.
Đặt
, , ,IA a IB b IM m IN n
, t (*) ta có
a m b b n a
mn
a m bn b n am abn bmn abm amn
. Chia hai vế cho
abmn
ta được
1 1 1 1 1 1 1 1
m a n b a n b m
hay
1 1 1 1
IA IN IB IM
. Ghi chú: B đề (*) được gi là b đề Haruki.
16. Định lý con bướm vi cặp đường thng
THCS.TOANMATH.com
Cho tam giác
ABC
I
là trung điểm ca cnh
BC
. Qua
I
v đường
thng th nht ct
,AB AC
,MP
; đường thng th hai ct
,AB AC
,QN
.
,MN PQ
ct
BC
lần lượt ti
,EF
. Chng minh rng
IE IF
.
Chng minh:
Áp dụng định lý Menelaus cho tam giác
ABC
vi cát tuyến
IPM
NIQ
,
ta có:
. . 1 . 1
IB PC MA PC MA PC MB
IC PA MB PA MB PA MA
(1)
. . 1 . 1
IB NC QA NC QA QA NA
IC NA QB NA QB QB NC
(2)
Li áp dụng định lý Menelaus cho tam giác
ABC
vi cát tuyến
MNE
PFQ
, ta được:
. . 1(3); . . 1(4)
FB PC QA EC MA NA
FC PA QB EB MB NC
. T (1),(2),(3) và (4) suy ra
FB EC FB EC
FB FC
FC EB BC BC
.Li có
IA IB
nên
IE IF
.
17. Định lý Shooten
Cho tam giác đều
ABC
ni tiếp đường tròn
O
. Chng minh rng vi mi
điểm
M
bt k nằm trên đường tròn
O
thì một trong ba đoạn
,,MA MB MC
có một đoạn có độ dài bng tổng độ dài hai đoạn kia.
Chng minh:
A
B
C
M
O
THCS.TOANMATH.com
Xét điểm
M
nm trên cung nh
BC
.
Áp dụng định lý Ptolemy cho t giác ni tiếp
ABMC
, ta có
. . .MABC MB AC MC AB
.
AB AC BC
nên
MA MB MC
.
Tương tự nếu điểm
M
nm trên cung nh
AC
AB
thì ta lần lượt có
MB MC MA
MC MA MB
.
Suy ra đpcm.
Cách khác để chng minh:
I
O
M
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
MA MB MC
(trường hợp điểm
M
nm trên các cung
,AB AC
tương tự).
Trên
MA
lấy điểm
I
sao cho
MI MB
, ta cn chng minh
MC AI
.
Tht vy, ta có
0
60BMI ACB
MB MI
nên tam giác
BMI
đều, do đó
BI BM
0
60IBM
.
Ta li có
0
60ABC
nên
ABC IBM
, suy ra
CBM ABI
.
D dàng chứng minh được
BCM BAI
(c.g.c) nên
MC AI
.
18. H thc Van Aubel
Cho tam giác
ABC
,,AD BE CF
đồng quy ti
K
(
,,D E F
theo th t
thuc các cnh
,,BC CA AB
).Chng minh rng
AK AE AF
KD EC FB
.
Chng minh:
Qua
A
v đường thng song song vi
BC
ct
,BE CF
ti
,MN
ta có
AK AM AN AM AN AM AN AM AN AE AF
KD BD CD BD CD BC BC BC EC FB
19. Định lý Ce’va
Cho tam giác
ABC
và các điểm
,,D E F
lần lượt nm trên cnh
,,BC CA AB
. Chng minh rằng điều kin cần và đủ để
,,AD BE CF
đồng
D
N
M
K
F
E
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
quy là ta có h thc
..
1
DB EC FA
DC EA FB
(*)
Chng minh:
Điu kin cn: Ta chng minh rng nếu
,,AD BE CF
đồng quy thì có (*)
Gi
K
là điểm đồng quy của ba đoạn
,,AD BE CF
. Qua
A
v đường thng
song song vi
BC
ct
,BE CF
,MN
. Theo định lý Ta-lét ta có
,,
DB AM EC BC FA AN
DC AN EA AM FB BC
, do đó
. . . . 1
DB EC FA AM BC AN
DC EA FB AN AM BC
(đpcm)
Điu kiện đủ: Ta chng minh rng nếu có (*) thì
,,AD BE CF
đồng quy.
Tht vy, gi
K
là giao điểm ca
BE
CF
,
AK
ct cnh
BC
ti
'D
.
Theo chng minh điều kin cn ta có
''
. . 1
''
D B EC FA D B DB
D C EA FB D C DC
. Hai điểm
D
'D
đều chia
trong đoạn
BC
theo cùng mt t s nên
'DD
. Vy
,,AD BE CF
đồng
quy.
Chú ý: Bài toán vẫn đúng trong trường hợp các điểm
,,D E F
nm trên các
đường thng
,,BC CA AB
trong đó có đúng hai điểm nm ngoài tam giác.
D
N
M
K
F
E
C
B
A
THCS.TOANMATH.com
20. Định lý Menelaus
Cho tam giác
ABC
và các điểm
,,M N P
theo th t nằm trên các đường
thng
,,BC CA AB
. Chng minh rằng điều kin cần và đủ để
,,M N P
thng hàng là ta có h thc
. . 1
MB NC PA
MC NA PB
(**)
Chng minh:
Điu kin cn: Gi
,,a b c
theo th t là khong cách t
,,A B C
đến cát
tuyến
MNP
.
Ta có
;;
MB b NC c PA a
MC c NA a PB b
. Do đó
. . . . 1
MB NC PA b c a
MC NA PB c a b
(đpcm)
Điu kiện đủ: Gi s có (**) và
PN
ct cnh
BC
ti
'M
.
Thế thì
''
. . 1 '
''
M B NC PA M B MB
MM
M C NA PB M C MC
.
Vy
,,M N P
thẳng hàng (đpcm).
E
K
H
c
b
a
P
N
M
C
B
A
| 1/39

Preview text:


NHỮNG ĐỊNH LÝ HÌNH HỌC NỔI TIẾNG
1. Đường thẳng Euler
1.(Đường thẳng Euler). Cho tam giác ABC . Chứng minh rằng trọng tâm G , trực
tâm H và tâm đường tròn ngoại tiếp O cùng nằm trên một đường thẳng. Hơn nữa GH
2 . Đường thẳng nối H,G,O gọi là đường thẳng Euler của tam giác ABC . GO Chứng minh: A A H G O H O E G B C M B C H' D
Cách 1: Gọi E,F lần lượt là trung điểm của BC, AC . Ta có EF là đường
trung bình của tam giác ABC nên EF / /AB . Ta lại có OF / /BH (cùng
vuông góc với AC ). Do đó OFE
ABH (góc có cạnh tương ứng song
song). Chứng minh tương tự OEF BAH . AH AB Từ đó có ABH EFO (g.g) 2(do EF là đường OE EF
trung bình của tam giác ABC ). Mặt khác G là trọng tâm của tam giác AG AG AH ABC nên 2 . Do đó 2, lại có HAG OEG (so le GE FG OE
trong, OE / /AH ) HAG EOG (c.g.c) HGA EGO . Do 0 EGO AGO 180 nên 0 HGA AGO 180 hay 0 HGO 180 . THCS.TOANMATH.com
Vậy H,G,O thẳng hàng.
Cách 2: Kẻ đường kính AD của đường tròn (O) ta có BH AC (Tính chất trực tâm) AC
CD (Góc nội tiếp chắn nửa đường tròn) suy ra
BH / /CD . Tương tự ta cũng có CH / /BD nên tứ giác BHCD là hình
bình hành, do đó HD cắt BC tại trung điểm của mỗi đường. Từ đó cũng suy 1 ra OM / /
AH (Tính chất đường trung bình tam giác ADH ). Nối 2 GO OM 1
AM cắt HO tại G thì
nên G là trọng tâm của tam giác GH AH 2 ABC .
Cách 3: sử dụng định lý Thales :Trên tia đối GO lấy H ' sao cho GH '
2GO . Gọi M là trung điểm BC . Theo tính chất trọng A
tâm thì G thuộc AM GA 2GM . Áp dụng định lý Thales H H'
vào tam giác GOM dễ suy ra G O
AH '/ /OM (1).Mặt khác do O B C M
là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác
ABC , M là trung điểm BC nên OM BC (2).
Từ (1) và (2) suy ra AH '
BC , tương tự BH ' CA. Vậy H ' H
trực tâm tam giác ABC . Theo cách dựng H ' ta có ngay kết luận bài toán.
Chú ý rằng: Nếu ta kéo dài AH cắt đường tròn tại H' thì = 0 AH' D 90
(Góc nội tiếp chắn nữa đường tròn) nên EM là đường trung bình của tam
giác HH'D suy ra H đối xứng với H' qua BC . Nếu gọi O' là tâm vòng
tròn ngoại tiếp tam giác HBC thì ta có O' đối xứng với O qua BC .
Đường thẳng đi qua H,G,O được gọi là đường thẳng Euler của tam
giác
ABC . Ngoài ra ta còn có OH = 3OG . THCS.TOANMATH.com
*Đường thẳng Euler có thể coi là một trong những định lý quen thuộc nhất
của hình học phẳng. Khái niệm đường thẳng Euler trước hết liên quan đến
tam giác, sau đó được mở rộng và ứng dụng cho tứ giác nội tiếp và cả n -
giác nội tiếp, trong chuyên đề ta quan tâm đến một số vấn đề có liên quan
đến khái niệm này trong tam giác.
1.1. (Mở rộng đường thẳng Euler) Cho tam giác ABC . P là điểm bất kỳ
trong mặt phẳng. Gọi A ', B ',C ' lần lượt là trung điểm của BC,C , A AB .
G là trọng tâm tam giác ABC .
a) Chứng minh rằng các đường thẳng qua , A ,
B C lần lượt song song với
PA',PB ',PC ' đồng quy tại một điểm H , hơn nữa H , , G P thẳng hàng P P GHP 2. GP
b) Chứng minh rằng các đường thẳng qua A ', B ',C ' lần lượt song song với P , A P ,
B PC đồng quy tại một điểm O , hơn nữa O , , G P thẳng hàng và P P GO 1 P . GP 2 Giải:
a) Ta thấy rằng kết luận của bài toán khá rắc rối, tuy nhiên ý tưởng của lời
giải câu 1 giúp ta tìm đến một lời giải rất ngắn gọn như sau:
Lấy điểm Q trên tia đối tia GP sao A cho GQ
2GP . Theo tính chất trọng Q C' B' Hp
tâm ta thấy ngay G thuộc AA' G P C B và GA
2GA'. Vậy áp dụng định lý A'
Thales vào tam giác GPA' dễ suy ra AQ / /PA ' . Chứng minh THCS.TOANMATH.com
tương tự BQ / /PB ',CQ / /PC ' . Như vậy các đường thẳng qua , A ,
B C lần lượt song song với PA',PB ',PC ' đồng quy tại Q
H . Hơn nữa theo cách dựng Q thì H , , G O thẳng hàng và P P GHP
2. Ta có ngay các kết luận bài toán. GO A
b) Ta có một lời giải tương tự. Lấy điểm R 1
trên tia đối tia GP sao cho GR GP . B' 2 C' R≡Op P G
Theo tính chất trọng tâm ta thấy ngay G B A' C
thuộc AA' và GA 2GA'. Vậy áp dụng
định lý Thales vào tam giác GPA dễ suy ra
AR / /PA . Chứng minh tương tự BR / /P ,
B CR / /PC . Như vậy các đường thẳng qua , A ,
B C lần lượt song song với P , A P ,
B PC đồng quy tại R
O . Hơn nữa theo cách dựng R thì O , , G P thẳng hàng và P P GP
2 . Ta có ngay các kết luận bài toán. GOP
Nhận xét: Bài toán trên thực sự là mở rộng của đường thẳng Euler. Phần a) Khi P
O tâm đường tròn ngoại tiếp của tam giác ABC ta có ngay H
H là trực tâm của tam giác ABC . Ta thu dược nội dung của P
bài toán đường thẳng Euler. Phần b) Khi P
H trực tâm của tam giác ABC thì O O tâm đường P
tròn ngoại tiếp tam giác ABC .
1.2. Cho tam giác ABC trực tâm H . Khi đó đường thẳng Euler của các
tam giác HBC, BC HC ,
A HAB đồng quy tại một điểm trên đường thẳng THCS.TOANMATH.com
Euler của tam giác ABC . Giải:
Để giải bài toán này chúng ta cần hai bổ đề quen thuộc sau:
Bổ đề 1. Cho tam giác ABC trực tâm H . Thì HBC , HCA , HAB lần
lượt đối xứng với ABC qua BC,C , A AB . A
Chứng minh: Gọi giao điểm khác A của HA
với ABC A' . Theo tính chất H O
trực tâm và góc nội tiếp dễ thấy C B OA HBC HAC
A'BC . Do đó tam giác A'
HBA' cân tại B hay H A' đối xứng
nhau qua BC do đó HBC đối xứng ABC .
Tương tự cho HCA , HAB , ta có điều phải chứng minh.
Bổ đề 2. Cho tam giác ABC , trực tâm H , tâm đường tròn ngoại tiếp O ,
M là trung điểm thì HA 2OM . Chứng minh: A
Gọi N là trung điểm của CA dễ thấy
OM / /HA do cùng vuông góc với BC H G O
OM / /HB do cùng vuông góc với B C CA M nên ta có tam giác HAB OMN THCS.TOANMATH.com AB tỷ số 2 . Do đó HA 2OM , MN
đó là điều phải chứng minh. A
Trở lại bài toán. Gọi O là tâm HBC A
theo bổ đề 5.1 thì O đối xứng vớiO A E O H
qua BC ,kết hợp với bổ đề 2 suy ra C B
OO song song và bằng OH A OA
nên tứ giác AHO A là hình bình hành A
nên AO đi qua trung điểm E của OH . A
Tuy nhiên dễ thấy A là trực tâm tam giác HBC do đó đường thẳng Euler
của tam giác HBC AO đi qua E . Tương tự thì đường thẳng Euler của A các tam giác HC ,
A HAB cũngđi qua E nằm trên OH là đường thẳng
Euler của tam giác ABC . Đó là điều phải chứng minh.
Nhận xét: Điểm đồng quy E là trung điểm OH cũng chính là tâm đường
tròn Euler của tam giác ABC
1.3. Cho tam giác ABC tâm đường tròn nội tiếp I . Khi đó đường thẳng
Euler của các tam giác IBC,IC ,
A IAB đồng quy tại một điểm trên đường
thẳng Euler của tam giác ABC . Hướng dẫn giải:
Ta sử dụng các bổ đề sau: THCS.TOANMATH.com
Bổ đề 3. Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn O , tâm đường tròn nội
tiếp I . IA cắt O tại điểm D khác A thì D là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác IBC . A Giải:
Sử dụng tính chất góc nội tiếp
và góc ngoài tam giác ta có: I O IBD IBC CBD B C IBA IAC IBA IAB BID D
Vậy tam giác IDB cân tại D .
Tương tự tam giác ICD cân tại D do đó DI DB
DC . Vậy D là tâm
đường tròn ngoại tiếp tam giác . (Xem thêm phần góc với đường tròn)
Bổ đề 4. (Định lý Menelaus). Cho tam giác ABC một đường thẳng cắt ba
A'B B 'C C 'A cạnh BC,C ,
A AB tương ứng tại A',B ',C ' thì . . 1.
AB B 'A C 'B
Định lý đã được chứng minh chi A
tiết trong (Các định lý hình học nổi tiếng) O I G S
Trở lại bài toán. Gọi O là tâm ABC , N T GA M B C
IA giao ABC tại điểmO khác A . E A OA Gọi ,
G G lần lượt là trọng tâm tam giác ABC,IBC . Gọi M là trung điểm A
BC , GG cắt OO tại E . A A THCS.TOANMATH.com
Theo bổ đề 3 và các tính chất cơ bản ta thấy O là trung điểm cung BC A
không chứa A của O do đó OO vuông góc với BC tại M . A IG AG 2 O E 2 A
nên GG / /AO suy ra A (1). Hơn nữa IM AM 3 A A O M 3 A G E IO CO A A
A (2). Gọi G O (đường thẳng Euler của tam giác G G IA IA A A A
IBC ) cắt OG (đường thẳng Euler của tam giác ABC tại S ). Ta sẽ chứng
minh rằng S cố định. Gọi N là hình chiếu của I lên AB . Do AIB
BCO nên hai tam giác vuông IAN O CM đồng dạng. Do đó A A IA IN r CO hay A r (3) O C MO MO MO .IA A A A A
Áp dụng định lý Menelaus vào tam giác GOE S,G ,O thẳng hàng, ta A A SG O O G E SG R CO SG 2R có:1 . A . A . . A . . Vậy SO O E G G SO 3 IA SO 2r A A .O M 2 A SG
3r , do đó S cố định. Tương tự, các đường thẳng Euler của tam SO 2R giác IC ,
A IAB cũng đi qua S nằm trên đường thẳng Euler của tam giác
ABC . Ta có điều phải chứng minh.
Nhận xét. Điểm đồng quy S thường được gọi là điểm Schiffer của tam giác ABC .
1.4 Cho tam giác ABC . Đường tròn I tiếp xúc ba cạnh tam giác tại ,
D E,F . Khi đó đường thẳng Euler của tam giác DEF đi qua tâm đường
tròn ngoại tiếp O của tam giác ABC . Hướng dẫn giải: THCS.TOANMATH.com
Gọi A ', B ',C ' lần lượt là giao điểm khác , A , B C của , IA , IB IC với
đường tròn ngoại tiếp O Khi đó A' là trung điểm cung BC không chứa
A của O do đó OA'
BC suy ra OA'/ /ID . Gọi giao điểm của A' D
với OI K , áp dụng định lý Thales vào tam giác KOA' ta thấy ngay KD KI ID
r trong đó r,R lần lượt là bán kính đường tròn KA' KO OA' R
nội tiếp và ngoại tiếp tam giác. Do đó K cố định, tương tự B ' E,C ' F đi KH r
qua K .Lấy điểm H thuộc đoạn KO sao cho . Áp dụng định lý KI R Thales
trong tam giác KIA' ta thấy A B' KH KD r (cùng bằng ) KI KA' R E C'
nên DH / /IA' . Bằng tính chất F I K H O
phân giác và tam giác cân dễ C B thấy IA' AI EF do đó D DH
EF . Chứng minh tương A' tự EH DF,FH
ED hay H là trực tâm của tam giác DEF . Ta chú ý
rằng I chính là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác DEF đi qua O . Ta có điều phải chứng minh.
Nhận xét. 1.4 là một kết quả rất hay gặp về đường thẳng Euler, nhờ đó ta có
thể chứng minh được kết quả thú vị khác như sau
1.5 Cho tam giác ABC các đường cao AA', BB ',CC ' đồng quy tại H . Gọi ,
D E,F là hình chiếu của H lên B 'C ',C 'A',A'B ' . Khi đó đường
thẳng Euler của tam giác DEF và tam giác ABC trùng nhau. THCS.TOANMATH.com Giải:
Ta đã biết một kết quả quen thuộc đó là trực tâm H của tam giác ABC
chính là tâm đường tròn nội tiếp tam giác A' B 'C ' . Khi đó theo 1.4 ,
đường thẳng Euler của tam giác DEF chính là đường thẳng nối H N ,
trong đó N là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác A'B 'C '. Mặt khác tâm
N đường tròn ngoại tiếp tam giác A'B 'C ' chính là tâm đường tròn Euler
của tam giác ABC do đó NH cũng chính là đường thẳng Euler của tam
giác ABC . Đó là điều phải chứng minh.
Chú ý. Áp dụng kết quả 1.5 ta lại có kết quả thú vị khác
1.6. Cho tam giác ABC . Đường tròn nội tiếp tiếp xúc BC,C , A AB tại ,
D E, F . Tâm các đường tròn bàng tiếp I , I , I . Chứng minh rằng đường a b c
thẳng Euler của tam giác DEF và tam giác I I I trùng nhau. a b c Chứng minh:
Ta áp dụng kết quả 1.5 vào tam giác I I I , ta chú ý rằng I chính là trực a b c
tâm tam giác I I I ta có điều phải chứng minh. a b c
1.7. Cho tam giác ABC đường tròn nội tiếp (I ) tiếp xúc với BC,C , A AB tại ,
D E, F . A', B ',C ' lần lượt là trung điểm của EF, F , D DE . Chứng minh
rằng các đường thẳng lần lượt qua A', B ',C ' và vuông góc với BC,C , A AB
đồng quy tại một điểm trên đường thẳng OI trong đó O là tâm đường tròn
ngoại tiếp tam giác ABC .
Ta dễ thấy ID, IE, IF lần lượt vuông A
góc với BC,C ,
A AB nên các đường E A'
thẳng lần lượt qua A', B ',C ' và vuông F O I C' B' THCS.TOANMATH.com C B D
góc với BC,C ,
A AB sẽ tương ứng song
song với ID, IE, IF . Ta suy ra các đường
thẳng này đồng quy tại một điểm trên IG
với G là trọng tâm của tam giác DEF . Tuy nhiên IG cũng chính là đường
thẳng Euler của tam giác DEF . Theo 1.5, IG đi qua O . Như vậy điểm
đồng quy nằm trên IO . Ta có điều phải chứng minh.
1.8. Cho tam giác ABC đường tròn nội tiếp I tiếp xúc BC,C , A AB tại ,
D E,F ần lượt gọi DP,E ,
Q FR là đường kính của I , chứng minh rằng AP,B ,
Q CR đồng quy tại một điểm nằm trên đường nối I và trọng tâm G của tam giác ABC .
Bổ đề 5. Cho tam giá ABC , đường tròn nội tiếp I của tam giác tiếp xúc
BC tại D . Gọi DE là đường kính của I . AE cắt BC tại F thì BD CF .
Chứng minh: Gọi giao điểm của tiếp tuyến tại E của I với , AB AC lần A
lượt là K,L . Gọi r là bán kính của I . L E
Ta chú ý rằng KI, LI lần lượt là phân K
giác của các góc BK , L CLK . Từ đó I ta dễ thấy KEI IDB (g.g) suy C B D F ra 2 KE.BD I . D IE r . Tương tự 2 E . L DC I . D IE r do đó EL KE EL KE KL K . E BD E . L DC . Suy ra (1). Dễ thấy BD DC DB DC BC EL AL KL
KL / /BC . Theo định lý Thales ta có (2) FC AC BC THCS.TOANMATH.com
Từ (1) và (2) ta dễ suy ra BD
FC , ta chứng minh được bổ đề.
Trở lại bài toán. A
Gọi giao điểm của AP với BC P C1
A và trung điểm BC A . K E 1 2 B1 F I G N Theo bổ đề BD CA vậy A 1 2 R Q
cũng là trung điểm DA , I là A1 1 B C D A2 trung điể m DP do đó suy ra
IA / /AA . Tương tự có B ,B ,C ,C thì IB / /BB ,IC / /CC . 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1
Từ đó ta áp dụng câu 2 a) với điểm I ta suy ra AA ,BB ,CC đồng quy tại 2 2 2
một điểm N nằm trên đường nối I và trọng tâm G của tam giác ABC hơn nữa GN
2GI . Ta có điều phải chứng minh.
Qua đường thẳng Ơ le và một số kết quả mở rộng ta thấy việc khai thác
các định lý, tính chất hình học là chìa khóa quan trọng để khám phá
các vẽ đẹp tiềm ẩn trong ‘’Hình học phẳng’’. Hy vọng các em học sinh
tiếp tục phát triển, đào sâu suy nghỉ để tìm ra các bài toán mới hay hơn,
phong phú hơn.Đó là cách để học giỏi bộ môn hình học phẳng.

2. Đường thẳng Simmon
Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn O M là một điểm bất kỳ trên
đường tròn. Kẻ MH,MI,MK lần lượt vuông góc với A ,
B BC,AC . Chứng
minh rằng ba điểm H, I,K thẳng hàng. Chứng minh: A THCS.TOANMATH.com O K I B C H M Tứ giác MIBH có 0 0 0 BHM BIM 90 90 180 nên là tứ giác nội tiếp MIH
MBH (cùng chắn cung HM ), mà tứ giác ABMC nội tiếp nên MBH
KCM , do đó MIH KCM .
Mặt khác tứ giác KCMI nội tiếp (vì 0 MIC MKC 90 ) nên 0 0 0 KCM MIK 180 MIH MIK 180 HIK 180 .
Vậy H, I,K thẳng hàng.
Đường thẳng đi qua H,I,K được gọi là đường thẳng Simson của điểm M .
Chú ý: Ta có bài toán đảo về bài toán Simson như sau: Cho tam giác ABC
và một điểm M nằm ngoài tam giác. Chứng minh rằng nếu hình chiếu của
M lên ba cạnh của tam giác ABC là ba điểm thẳng hàng thì M nằm trên
đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC .
3. Đường thẳng Steiner
Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn O , M là điểm bất kỳ thuộc
đường tròn. Gọi N,P,Q theo thứ tự là các điểm đối xứng với M qua A ,
B BC,CA . Chứng minh rằng N,P,Q thẳng hàng. Chứng minh: A E Q F 1 THCS.TOANMATH.com P O K D N I 1 B 1 C 1 H M
Gọi H, I,K theo thứ tự là hình chiếu của M lên A ,
B BC,AC ; thế thì
H,I,K thẳng hàng (đường thẳng Simson). Dễ thấy IH là đường trung
bình của tam giác MNP . Tương tự IK / /PQ . Theo tiên đề Ơ-clit và do
H,I,K thẳng hàng nên suy ra N,P,Q thẳng hàng.
Đường thẳng đi qua N,P,Q được gọi là đường thẳng Steiner của điểm M . Chú ý:
a) Ta có thể chứng minh ba điểm N, P,Q thẳng hàng bằng cách dùng phép
vị tự: Các điểm N, P,Q lần lượt là ảnh của H, I,K trong phép vị tự tâm
M tỉ số 2, mà H,I,K thẳng hàng nên N,P,Q cũng thẳng hàng. Như vậy
đường thẳng Steiner là ảnh của đường thẳng Simson trong phép vị tự tâm M tỉ số 2.
b) Đường thẳng Steiner đi qua trực tâm của tam giác ABC . Thật vậy, gọi
D là trực tâm của tam giác ABC;B ,
D CD cắt O lần lượt ở E,F . Dễ
dàng chứng minh được E đối xứng với D qua AC , F đối xứng với D
qua AB (Xem phần chứng minh đường thẳng Ơ le cách 2). Ta có FDMN
là hình thang cân nên F N F B
H (Tính chất góc nội tiếp) , 1 1 1 1 1 do đó N
H . Suy ra ND / /HK . Tương tự QD / /HK . 1 1 Vậy N, ,
D Q thẳng hàng hay đường thẳng Steiner đi qua trực tâm của tam giác ABC . Cách khác: THCS.TOANMATH.com A Q J R P D O K N I B C S H M
Gọi AS,BJ,CR là các đường cao của tam giác ABC , D là trực tâm. Ta có ANB
AMB (tính chất đối xứng). Lại có AMB ADJ (cùng bù với
SDJ ). Suy ra ANB
ADJ nên ADBN là tứ giác nội tiếp, do đó NAB NDB . Mà NAB MAB NDB
MAB . Chứng minh tương tự CDQ CAM . Ta có NDB CDQ MAB CAM BAC 0 NDQ NDB BDC CDQ BAC BDC 180 . Vậy N, ,
D Q thẳng hàng hay đường thẳng Steiner đi qua trực tâm của tam giác ABC .
4. Đường tròn Euler
Cho tam giác ABC có đường cao A ,
D BE,CF đồng quy tại H . Gọi
M,N,P lần lượt là trung điểm của BC,C , A AB ; S, ,
R Q lần lượt là trung điểm của , HA ,
HB HC . Chứng minh rằng chin điểm ,
D E,F,M,N,P,S, ,
R Q cùng nằm trên một đường tròn. Chứng minh: A E S F THCS.TOANMATH.com H N P I R Q B D M C
Trong tam giác ABH thì PR là đường trung bình nên PR / /AH 1 và PR
AH . Trong tam giác ACH thì NQ là đường trung bình nên 2 1
NQ / /AH NQ
AH . Do đó PR / /NQ PR NQ nên 2
PNQR là hình bình hành. Mặt khác PR / /AH AH BC nên PR
BC , lại có PN / /BC ( PN là đường trung bình của tam giác ABC ). Suy ra PN
PR , do đó PNQR là hình chữ nhật. Gọi I là giao
điểm của PQ RN thì IP IN IR
IQ . Chứng minh tương tự ta có IS IM IN
IR . Ta được IP IQ IN IR IS IM .
Tam giác FPQ vuông tại F I là trung điểm của PQ nên IF IP
IQ . Tương tự IE IR IN ; ID IS IM . Suy ra ID IE IF IM IN IP IS IR
IQ . Vậy chin điểm ,
D E,F,M,N,P,S, ,
R Q cùng nằm trên đường tròn tâm I . Đường tròn đi
qua chín điểm được gọi là đường tròn Euler của tam giác ABC . Chú ý:
a) Tâm đường tròn Euler nằm trên đường thẳng Euler.
Thật vậy, gọi G và O theo thứ tự là trọng tâm và tâm đường tròn ngoại tiếp 1
tam giác ABC . Ta chứng minh được OM AH SH , lại có 2 OM / /SH
OMHS là hình bình hành. Mà I là trung điểm của SM nên
cũng là trung điểm của OH . THCS.TOANMATH.com
Như vậy bốn điểm H,I, ,
O G thẳng hàng, tứ là tâm đường tròn Euler nằm
trên đường thẳng Euler. R
b) Bán kính đường tròn Euler bằng
(vói R là bán kính đường tròn ngoại 2
tiếp tam giác ABC ). Thật vậy, ta có IS là đường trung bình của AHO OA R nên IS . 2 2 5. Điểm Miquel
Cho tứ giác ABCD E là giao điểm của AB CD , F là giao điểm
của AD BC . Chứng minh rằng đường tròn ngoại tiếp của tam giác EBC,FC , D EA , D FAB đồng quy. Chứng minh: E M B C F A D
Gọi M là giao điểm thứ hai của hai đường tròn ngoại tiếp tam giác EBC FCD . Ta có 0 EMD EMC CMD ABF AFB 180 EAD 0 EAD EMD
180 . Do tứ giác EMDA nội tiếp hay M thuộc THCS.TOANMATH.com
đường tròn ngoại tiếp tam giác EAD . Chứng minh tương tự M cũng thuộc
đường tròn ngoại tiếp tam giác FAB .
Vậy đường tròn ngoại tiếp của các tam giác EBC,FC , D EA , D FAB đồng quy tại M .
Điểm M được gọi là điểm Miquel.
6. Đường tròn Miquel
Cho tứ giác ABCD E là giao điểm của AB CD , F là giao điểm
của AD BC . Gọi M là điểm Miquel và O ,O ,O ,O lần lượt là tâm 1 2 3 4
đường tròn ngoại tiếp của các tam giác EBC,CDF,EA , D ABF . Chứng
minh rằng năm điểm M,O ,O ,O ,O cùng nằm trên một đường tròn. 1 2 3 4 Chứng minh: E H M A O4 I B K O1 O2 D O3 C F
Gọi H, I,K theo thứ tự là trung điểm của FM,BM,CM . Các đường tròn
O O cắt nhau tại M C nên OO là đường trung trực của MC , 1 2 1 2
do đó OO vuông góc với MK tại K . Tương tự OO vuông góc với MI 1 2 1 4
tại I , O O vuông góc với MH tại H . 2 4
Nói cách khác H, I,K theo thứ tự là hình chiếu của M trên các cạnh
O O ,OO ,OO của tam giác O O O . Dễ thấy IK / /BC IH / /FB 2 4 1 4 1 2 1 2 4 mà F, ,
B C thẳng hàng nên H,I,K thẳng hàng. THCS.TOANMATH.com
Theo bài toán đảo về đường thẳng Simson (xem mục 2), ta có M,O ,O ,O 1 2 4
cùng nằm trên một đương tròn. Tương tự M,O ,O ,O cùng nằm trên một 1 3 4
đường tròn. Vậy năm điểm M,O ,O ,O ,O cùng nằm trên một đường tròn. 1 2 3 4
Đường tròn đi qua năm điểm M,O ,O ,O ,O được gọi là đường tròn 1 2 3 4 Miquel. 7. Định lý Miquel Cho tam giác ABC các điểm ,
D E,F lần lượt nằm trên các cạnh BC,C , A AB . Chứng minh
rằng đường tròn ngoại tiếp của các tam giác AEF, BDF,CDE đồng quy. Chứng minh: A F E M D B C
Gọi M là giao điểm khác D của đường tròn ngoại tiếp hai tam giác BF ,
D CDE . Ta có AFM BDM AEM CDM (do BFM ,
D DMEC là các tứ giác nội tiếp). Do đó THCS.TOANMATH.com 0 AEM AFM BDM CDM
180 nên tứ giác AEMF nội tiếp hay
M cũng thuộc đường tròn ngoại tiếp tam giác AEF .
Vậy đường tròn ngoại tiếp của tam giác AEF, BDF,CDE đồng quy tại M (đpcm). 8. Định lý Lyness
Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn O . Đường tròn O ' tiếp xúc
trong với O tại D và tiếp xúc với ,
AB AC E,F . Chứng minh rằng
EF đi qua tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC . Chứng minh: A M N O 1 1 I F E O' B C D
Vẽ tia phân giác của BDC cắt EF tại I ; gọi M, N là giao điểm của
DF,DE với đường tròn O . Ta có O ' FD OMD ODM nên THCS.TOANMATH.com
O 'F / /OM O 'F AC OM AC
M là điểm chính giữa của 1
cung AC , do đó FDC
ABC (1). Tam giác AEF cân tại A ( Do 2 0 180 A
AE, AF là các tiếp tuyến của (O ') ) nên E F , mặt khác 1 1 2 0 BDC 180 A IDC IDB
(Tính chất góc nội tiếp của tứ giác 2 2 1 ABDC ) nên IDB IDC E F . Mà EDF F s E đ F 1 1 1 2 IDC EDF IDE FDC (2). Vì E
IDB nên IEDB là tứ 1 1 giác nội tiếp IDE
IBE (3). Từ (1),(2) và (3) ta có IBE ABC , 2
do đó IB là tia phân giác của ABC . Do IDC IDB IDE FDC nên BDE
IDF . Tứ giác IFCD nội tiếp (vì F IDC ). 1 IDF ICF ICF
BDE (4). Mặt khác, do N là điểm chính giữa 1
của AB (chứng minh tương tự ở trên) BDE ACB (5). Từ (4) và 2 1 (5) suy ra ICF
ACB , do đó IC là tia phân giác của ACB . Vậy I là 2
tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC (đpcm). Cách khác: A THCS.TOANMATH.com M N O 1 1 I F E O' B C D x
Vẽ tia phân giác của ABC cắt EF tại I , ta chứng minh IC là tia phân
giác của ACB . Vẽ tiếp tuyến chung Dx của O O ' . Tương tự như
cách trên, gọi M là giao điểm của DF với O thì M là điểm chính giữa của AC , do đó ,
B I,M thẳng hàng. Ta có IED IBD
xDM nên tứ giác IEDB nội tiếp 0 180 A IDB E , mà 0 BDC 180 A, do đó 1 2 0 180 A IDC F
tứ giác IDCF nội tiếp ICF IDF . Ta lại 1 2 0 180 A ABC ACB ACBIDF IDC FDC ICF , 2 2 2 2
do đó IC là tia phân giác của ACB (đpcm).
9. Định lý Lyness mở rộng (bổ đề Sawayama)
Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn O M là một điểm bất kỳ trên THCS.TOANMATH.com
cạnh AC . Đường tròn O ' tiếp xúc với đường tròn O tại D và tiếp xúc với M ,
B MC lần lượt ở E,F . Chứng minh rằng tâm đường tròn nội tiếp
tam giác ABC nằm trên EF .
Để chứng minh định lý này ta cần hai bổ đề sau:
Bổ đề 1: Cho AB là dây của đường tròn O . Đường tròn O ' tiếp xúc
với O tại T và tiếp xúc với AB tại K . Chứng minh rằng TK đi qua
điểm chính giữa của cung AB và 2 MA
MK.MT (với M là điểm chính giữa của AB ). B M O K O' A T
Chứng minh M là điểm chính giữa của cung AB . Ta có O ' KT OMT
OTM nên O ' K / /OM O 'K AB OM AB
M là điểm chính giữa của cung AC , Bây giờ ta chứng minh 2 MA MK.MT .
Thật vậy, ta có MTA MBA MAK MKA MAT (g.g) MK MA 2 MA MK.MT . MA MT THCS.TOANMATH.com
Bổ đề 2: Cho tam giác ABC nội tiếp nội tiếp đường tròn O M
điểm chính giữa của AB không chứa C . Trên MC lấy I sao cho MI
MB . Chứng minh rằng I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC . C O I B A M
Thật vậy, gọi I ' là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC thì I ' là giao
điểm của đường phân giác trong góc B với MC . Ta có I 'BM I 'BA ABM I 'BC BCM
BI 'M suy ra tam giác MBI
cân tại M hay MI ' MB . Do đó MI MI ' hay I
I ' . Vậy I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC . Chứng minh:
Gọi N giao điểm của DF với O thì N là điểm chính giữa của AC và 2 NC
NF.ND (theo bổ đề 1). Gọi Dx là tiếp tuyến chung của O O ' tại ,
D I là giao điểm của BN EF . Ta có IED IBD xDN
nên tứ giác IEBD là tứ giác nội tiếp DIB DEB . Mà DEB DFI nên DIB
DFI , do đó NID
NFI (cùng kề bù với hai góc bằng nhau).
Từ đó chứng minh được NFI NID (g.g) THCS.TOANMATH.com NF NI 2 2 NI NF.ND NC NI
NC . Theo bổ đề 2, ta NI ND
I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC (đpcm). A M N I E F O O' C B x D
10. Một hệ quả của định lý Lyness mở rộng
Cho đường tròn O hai điểm A B nằm trên đường tròn
điểm C nằm trong đường tròn O . Đường tròn O ' tiếp xúc trong với
O tại R và tiếp xúc với C ,
A CB theo thứ tự ở P,Q . Gọi I là tâm đường
tròn nội tiếp tam giác ABC . Chứng minh rằng I nằm trên đường tròn
ngoại tiếp tam giác APR . Chứng minh:
Gọi D là giao điểm của BC với O , K là tâm đường tròn nội tiếp của
tam giác ADB . Ta có ,
B I,K thẳng hàng và K nằm trên PQ (theo bổ đề Sawayama). Dễ thấy ,
A P,K,R cùng nằm trên một đường tròn (xem mục 8)
(1). Do I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC nên THCS.TOANMATH.com ACB AIB 90 . Ta lại có 2 0 180 ACB ACB 0 0 0 APK 180 CPK 180 90 . 2 2 Do đó AIB APK nên ,
A P,K,I cùng nằm trên một đường tròn (2) Từ (1) và (2) suy ra , A P, ,
R K,I cùng trên một đường tròn.
Vậy I thuộc đường tròn ngoại tiếp tam giác APR . D C P Q K O I A O' B R
11. Định lý Ptolemy cho tứ giác nội tiếp
Cho tứ giác ABCD nội tiếp trong đường tròn O . Chứng minh rằng A . BCD A . D BC AC.BD . Chứng minh: B A E O THCS.TOANMATH.com C D
Trên AC lấy điểm E sao cho ADE BDC . Khi đó ta có: AED
BCD (g.g). Nên suy ra A . D BC A . E BD (1) AD DE AD BD Mặt khác, ta cũng có: . Từ đó suy ra DC DC DE DC ADB EDC A . B DC D .
B EC (2). Từ (1), (2) ta suy ra: A . B DC A . D BC BD EC AE D . B AC . Ta có đpcm. Cách 2. Từ C vẽ CE A , D CF B , D CG AB E A , D F B , D G AB .
Theo định lý Simson, ta có G,F,E thẳng hàng. Ta có: GF FE GE .
Áp dụng định lý hàm số sin ta có: AD GF BC.sin ; B EF DC.sin ; D GE
AC.sin A ; sinB ; 2R AB BD sinD ;sinA . Từ trên ta suy ra: 2R 2R BC.AD A . B DC B .
D AC .Vậy ta có: B . D AC A . B DC B . D AC 2R 2R 2R (đpcm)
12. Định lý Ptolemy cho tứ giác bất kỳ
Cho tứ giác ABCD . Chứng minh rằng A . BCD A . D BC AC.BD . Chứng minh: A B M THCS.TOANMATH.com D C
Bên trong tứ giác ABCD lấy điểm M sao cho MAD CAB MDA ACB . Ta có ADM ACB (g.g) AD DM A . D BC
AC.DM (1). Do MAD CAB nên AC BC DAC MAB .
Xét tam giác ADC MAB , có: DAC
MAB (chứng minh trên) AD AM (do AMD ACB ) nên ADC AMB (c.g.c) AC AB DC AC A . BCD
AC.MB (2). Từ (1) và (2) suy ra MB AB A . BCD A . D BC AC BM DM AC.BD .
Đẳng thức xảy ra khi M nằm trên đường chéo BD , lúc đó tứ giác ABCD nội tiếp.
Ví dụ 1) Cho tam giác ABC vuông tại A . AB
AC . Gọi D là một điểm
trên cạnh BC E là một điểm trên cạnh BA kéo dài về phía A sao cho BD BE
CA. Gọi C là một điểm trên AC sao cho E, , B , D P thuộc
cùng một đường tròn Q là giao điểm thứ hai của BP với đường tròn ngoại
tiếp tam giác ABC . Chứng minh rằng AQ CQ BP . Giải: E A Vì tứ giác BEP , D AQCB nội tiếp nên CAQ CBQ DEP . P Q B C D Mặt khác 0 AQC 180 ABC EPD THCS.TOANMATH.com
(1). Áp dụng định lý Ptô –lê- mê cho
tứ giác BEPD ta có PE.BD P . D EB DE.BP (2)
Từ (1) và (2) suy ra A . Q BD QC.EB C . ABP . Mặt khác BD EB CA nên AQ QC BP .
Ví dụ 2) . Cho tam giác ABC I là tâm đường tròn nội tiếp O là tâm
đường tròn ngoại tiếp và trọng tâm G . Giả sử rằng 0 OIA 90 . Chứng
minh rằng IG BC song song. Giải: A
Gọi E là giao điểm thứ hai khác
A của AI với đường tròn O . I O
Khi đó E là điểm chính giữa G B
cung BC (cung không chứa A ). M D C Ta có EB EI EC IA. E
Theo định lý Ptô-lê-mê ta có E . ABC EC.AB E .
B AC do đó 2BC AB AC .
Theo tính chất đường phân giác trong tam giác ta có: AB AI AC AB AC AB AC AI 2 .Vậy 2 . Gọi BD ID DC BD DC BC AD AG AI
M là trung điểm cạnh BC , khi đó 2
. Vậy GI / /BC . GM ID
13. Định lý Brocard
Cho tứ giác ABCD nội tiếp đường tròn O . Gọi M là giao điểm của AB THCS.TOANMATH.com
CD ; N là giao điểm của AD BC ; I là giao điểm của AC BD .
Chứng minh rằng I là trực tâm của tam giác OMN . Chứng minh: N
Gọi E là giao điểm khác I
của hai đường tròn ngoại A
tiếp tam giác AID BIC . B I Ta có DEC M D O E C 0 360 DEI IEC 0 0 0 360 180 DAI 180 CBI DAI CBI s C đ D
DOC , do đó tứ giác DOEC nội tiếp.Ta có AEB AIE BEI ADI BCI s A đ B
AOB nên AOEB cũng
là tứ giác nội tiếp. Gọi E ' là giao điểm của OM là đường tròn ngoại tiếp tam giác DOC .
Thế thì ME '.MO
MC.MD , mà MC.MD M . AMB nên ME '.MO M .
AMB . Từ đó chứng minh được tứ giác AOE 'B nội tiếp.
như vậy E ' là điểm chung khác O của hai đường tròn ngoại tiếp tam giác
AOB DOC . Do đó E
E ' hay M,E,O thẳng hàng.
Tương tự N,I,E thẳng hàng.Ta có: IEO AEI AEO DAI OBA (1). IEM IEB BEM BCI
OAB (2). Lại có DAI BCI
OBA OAB (3). Từ (1),(2) và (3) ta có IEO IEM , mà 0 IEO IEM 180 nên 0 IEO IEM 90 hay NI OM . THCS.TOANMATH.com
Tương tự gọi F là giao điểm khác I của hai đường tròn ngoại tiếp tam giác
AIB DIC thì N,I,F thẳng hàng và MI
ON . Vậy I là trực tâm của OMN .
14. Định lý con bướm với đường tròn
Cho đường tròn O dây AB . Gọi I là trung điểm của dây AB vẽ các dây
CD,EF đi qua I (C E nằm về một phía của AB ). Gọi giao điểm của
CF,DE với AB M,N . Chứng minh rằng IM IN . Chứng minh:
Cách 1: Vẽ dây E ' F ' đối xứng với tia EF qua OI . Tứ giác CE ' F ' F nội tiếp nên 0 MCE ' F '
180 . Mà FF '/ /AB nên F ' MIE ' , do đó 0 MIE ' MCE ' 180
tứ giác MCE ' I nội tiếp C
E . Mặt khác E C nên ' E E . 1 1 1 1 1 1 Ta lại có IE IE ';MIE '
NIE (tính chất đối xứng). Từ đó chứng minh được MIE ' NIE (g.c.g) IM IN . E' E C 1 1 1 I A B M N O D F' F THCS.TOANMATH.com Cách 2: Kẻ OH CF,OK
DE thì H,K lần lượt là trung điểm của
CF,DE . Ta có ICF
IED (g.g) có IH,IK là các trung tuyến tương IH IC CF HC ứng nên ICH IEK (c.c.c) H K IK IE DE KE 1 1
(1). Các tứ giác OIMH,OINK nội tiếp (tổng hai góc đối) nên O H ,O
K (2).Từ (1) và (2) có O
O nên tam giác MON cân tại 1 1 2 1 1 2 O . Vậy IM IN . Cách 3: E C E I C A M N B 1 M1 1 K N H 2 1 2 O I M N A B D H F M N 2 1 O D F Kẻ MM ,NN CF;MM ,NN DE . 1 1 2 2 IM MM Tacó 1 IMM INN 1 ; IMM INN ; 1 1 2 2 IN NN1 IM MM MM CM 2 2 1 CMM ENN 3 ; IN NN 1 1 NN EN 2 1 MM FM 2 FMM DNN
4 .Từ (1),(2),(3) và (4) suy ra: 2 1 NN DN 2 THCS.TOANMATH.com 2 IM MM .MM CM.FM AM.MB 1 2 . Đặt 2 IN NN .NN EN.DN BN.AN 1 2 IM , m IN , n IA IB a . Ta có 2 2 2 2 2 2 a m a m m a m m a m 1 2 2 2 2 2 2 n a n a n a n n a n 2 2 m n m n . Vậy IM IN .
Chú ý: Nếu gọi P,Q là giao điểm của CE, DF với đường thẳng AB thì ta cũng có IP
IQ . Thật vậy, kẻ OS DF,OJ EC và chứng minh tương tự như cách 2. E C P A I B Q M N O D S F
15. Định lý con bướm mở rộng với đường tròn
Cho đường tròn O dây AB I là một điểm bất kỳ thuộc dây AB . Vẽ
các dây CD, EF đi qua I (C E nằm về một phía của AB ). Gọi giao
điểm của CF,DE với AB M,N . Chứng minh rằng 1 1 1 1 . IA IN IB IM Chứng minh: E C 1 1 I B A 1 M N THCS.TOANMATH.com O D F AM.IB BN.IA
Trước hết ta chứng minh rằng (*) IM IN
Thật vậy, vẽ đường tròn ngoại tiếp tam giác CMD cắt AB K . Theo hệ
thức lượng trong đường tròn, ta có IM.IK
IC.ID IC.ID I . AIB nên IM.IK I . AIB AM.IB IM IB BK AM IM IB IM.BK AM.IB BK IM (1). Vì K C
E nên tứ giác EIDK nội tiếp, tương tự như trên ta có 1 1 1 IN.NK EN.ND AN.NB IN NB BK IA IN BN BN.IA IN.BK I . ABN
BK (2). Từ (1) và (2) suy ra IN AM.IB
BN.IA , (*) đã được chứng minh. IM IN a m b b n a Đặt IA , a IB , b IM , m IN n , từ (*) ta có m n a m bn b n am abn bmn abm
amn . Chia hai vế cho 1 1 1 1 1 1 1 1 abmn ta được hay m a n b a n b m 1 1 1
1 . Ghi chú: Bổ đề (*) được gọi là bổ đề Haruki. IA IN IB IM
16. Định lý con bướm với cặp đường thẳng THCS.TOANMATH.com
Cho tam giác ABC I là trung điểm của cạnh BC . Qua I vẽ đường thẳng thứ nhất cắt ,
AB AC M,P ; đường thẳng thứ hai cắt , AB AC
Q,N . MN,PQ cắt BC lần lượt tại E,F . Chứng minh rằng IE IF . Chứng minh:
Áp dụng định lý Menelaus cho tam giác ABC với cát tuyến IPM NIQ , ta có: IB PC MA PC MA PC MB . . 1 . 1 (1) IC PA MB PA MB PA MA IB NC QA NC QA QA NA . . 1 . 1 (2) IC NA QB NA QB QB NC
Lại áp dụng định lý Menelaus cho tam giác ABC với cát tuyến MNE PFQ , ta được: FB PC QA EC MA NA . . 1(3); . .
1(4). Từ (1),(2),(3) và (4) suy ra FC PA QB EB MB NC FB EC FB EC FB FC .Lại có IA IB nên IE IF . FC EB BC BC
17. Định lý Shooten
Cho tam giác đều ABC nội tiếp đường tròn O . Chứng minh rằng với mỗi
điểm M bất kỳ nằm trên đường tròn O thì một trong ba đoạn M , A M ,
B MC có một đoạn có độ dài bằng tổng độ dài hai đoạn kia. Chứng minh: A THCS.TOANMATH.com O B C M
Xét điểm M nằm trên cung nhỏ BC .
Áp dụng định lý Ptolemy cho tứ giác nội tiếp ABMC , ta có M . ABC M . B AC MC.AB . Vì AB AC BC nên MA MB MC .
Tương tự nếu điểm M nằm trên cung nhỏ AC AB thì ta lần lượt có MB MC MA MC MA MB . Suy ra đpcm.
Cách khác để chứng minh: A I O C B M THCS.TOANMATH.com MA MB
MC (trường hợp điểm M nằm trên các cung , AB AC tương tự).
Trên MA lấy điểm I sao cho MI
MB , ta cần chứng minh MC AI . Thật vậy, ta có 0 BMI ACB 60 mà MB
MI nên tam giác BMI đều, do đó BI BM và 0 IBM 60 . Ta lại có 0 ABC 60 nên ABC IBM , suy ra CBM ABI .
Dễ dàng chứng minh được BCM
BAI (c.g.c) nên MC AI .
18. Hệ thức Van Aubel
Cho tam giác ABC A ,
D BE,CF đồng quy tại K ( ,
D E,F theo thứ tự AK AE AF
thuộc các cạnh BC,C ,
A AB ).Chứng minh rằng . KD EC FB Chứng minh: A N M F E K B C D
Qua A vẽ đường thẳng song song với BC cắt BE,CF tại M, N ta có AK AM AN AM AN AM AN AM AN AE AF KD BD CD BD CD BC BC BC EC FB
19. Định lý Ce’va
Cho tam giác ABC và các điểm ,
D E,F lần lượt nằm trên cạnh BC,C ,
A AB . Chứng minh rằng điều kiện cần và đủ để A ,
D BE,CF đồng THCS.TOANMATH.com DB EC FA quy là ta có hệ thức . . (*) DC EA FB 1 Chứng minh: A N M F E K B C D
Điều kiện cần: Ta chứng minh rằng nếu A ,
D BE,CF đồng quy thì có (*)
Gọi K là điểm đồng quy của ba đoạn A ,
D BE,CF . Qua A vẽ đường thẳng
song song với BC cắt BE,CF M, N . Theo định lý Ta-lét ta có DB AM EC BC FA AN , , , do đó DC AN EA AM FB BC DB EC FA AM BC AN . . . . 1 (đpcm) DC EA FB AN AM BC
Điều kiện đủ: Ta chứng minh rằng nếu có (*) thì A ,
D BE,CF đồng quy.
Thật vậy, gọi K là giao điểm của BE CF , AK cắt cạnh BC tại D ' .
Theo chứng minh ở điều kiện cần ta có D 'B EC FA D 'B DB . . 1
. Hai điểm D D ' đều chia D 'C EA FB D 'C DC
trong đoạn BC theo cùng một tỉ số nên D ' D . Vậy A ,
D BE,CF đồng quy.
Chú ý: Bài toán vẫn đúng trong trường hợp các điểm ,
D E,F nằm trên các
đường thẳng BC,C ,
A AB trong đó có đúng hai điểm nằm ngoài tam giác. THCS.TOANMATH.com
20. Định lý Menelaus
Cho tam giác ABC và các điểm M, N, P theo thứ tự nằm trên các đường thẳng BC,C ,
A AB . Chứng minh rằng điều kiện cần và đủ để M,N,P MB NC PA
thẳng hàng là ta có hệ thức . . 1 (**) MC NA PB Chứng minh: A K a P H b N E c B M C
Điều kiện cần: Gọi a, ,
b c theo thứ tự là khoảng cách từ , A , B C đến cát tuyến MNP . MB b NC c PA a MB NC PA b c a Ta có ; ; . Do đó . . . . 1 MC c NA a PB b MC NA PB c a b (đpcm)
Điều kiện đủ: Giả sử có (**) và PN cắt cạnh BC tại M ' . M 'B NC PA M 'B MB Thế thì . . 1 M ' M . M 'C NA PB M 'C MC
Vậy M, N, P thẳng hàng (đpcm). THCS.TOANMATH.com