Bài 15:
1) Chứng minh: 4 điểm B, F, E, C cùng thuộc một đường tròn.
- Ta thấy góc (vì CF là đường cao hạ từ đỉnh C xuống cạnh AB).
- Tương tự, góc (vì BE là đường cao hạ từ đỉnh B xuống cạnh AC).
Do đó, cả hai góc và đều là góc vuông. Theo tính chất của đường tròn ngoại tiếp tam giác, nếu hai góc nội tiếp cùng chắn một cung thì chúng bằng nhau. Vì vậy, 4 điểm B, F, E, C cùng thuộc một đường tròn ngoại tiếp tam giác BFC và BEC.
2) Kẻ đường kính BK của (O). Chứng minh: tứ giác ABCK là hình bình hành.
- Ta biết rằng BK là đường kính của đường tròn (O), do đó (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Tương tự, (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
Bây giờ, ta sẽ chứng minh rằng tứ giác ABCK là hình bình hành:
- Ta đã biết và .
- Vì và , nên hai đường thẳng AK và CK vuông góc với BK tại K.
- Do đó, AK song song với CK (vì cùng vuông góc với BK).
Từ đây, ta có:
- và (như đã chứng minh).
- (cùng vuông góc với BK).
Vậy, tứ giác ABCK có hai cặp cạnh đối song song, do đó nó là hình bình hành.
Đáp số: Tứ giác ABCK là hình bình hành.
Bài 16:
1) Ta có:
- Tam giác ABK có AK là đường kính của đường tròn tâm O, nên (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Tương tự, tam giác ACK cũng có AK là đường kính của đường tròn tâm O, nên (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
Do đó, tam giác ABK và tam giác ACK đều là tam giác vuông.
2) Ta có:
- Tứ giác BHCK có (vì BE và CF là các đường cao của tam giác ABC).
- Tứ giác BHCK có (vì AK là đường kính của đường tròn tâm O, nên ).
Từ đó, tứ giác BHCK có hai góc liên tiếp là góc vuông, do đó tứ giác BHCK là hình thang vuông.
3) Ta có:
- Tứ giác BHCK là hình thang vuông, nên HK là đường cao của hình thang này.
- Đường thẳng HK cắt BC tại M, ta cần chứng minh .
Ta có:
- Tứ giác BHCK là hình thang vuông, nên HK là đường cao của hình thang này.
- Do đó, HK vuông góc với BC tại M, tức là .
Mặt khác, ta có:
- Tứ giác BHCK là hình thang vuông, nên OK là đường trung trực của đoạn thẳng BC (vì OK là đường kính của đường tròn tâm O và đi qua trung điểm của BC).
- Do đó, OK vuông góc với BC tại M, tức là .
Từ đó, ta có (vì OK là đường trung trực của BC và đi qua trung điểm của BC).
Vậy ta đã chứng minh được .
Bài 17:
1) Ta có nên tứ giác BFCE nội tiếp.
Do đó (cùng chắn cung CF)
Mặt khác (góc nội tiếp cùng chắn cung CK) nên .
Từ đây ta có .
Tương tự ta cũng có .
2) Ta có nên tứ giác BHCK là hình bình hành.
Vì M là trung điểm của BC nên M cũng là trung điểm của HK.
3) Ta có (góc nội tiếp cùng chắn cung BK) mà (vì nên .
Mặt khác (góc nội tiếp cùng chắn cung AK) mà (vì nên .
Từ đây ta có nên .
Mà (đường kính gấp đôi khoảng cách từ tâm đến dây cung) nên .
Vậy .
Bài 18:
Để chứng minh tứ giác AMBH là hình bình hành và H, I, M thẳng hàng, ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Chứng minh tứ giác AMBH là hình bình hành:
- Ta biết rằng trong tam giác ABC, đường cao AD và BE cắt nhau tại H.
- Ta cũng biết rằng đường kính CM của đường tròn ngoại tiếp (O) đi qua tâm O của đường tròn.
Do đó, ta cần chứng minh rằng AM // BH và AB // MH.
- Vì CM là đường kính của đường tròn ngoại tiếp (O), nên góc CMA là góc vuông (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Do đó, góc CMA = 90°.
- Ta cũng biết rằng góc ADB = 90° (vì AD là đường cao hạ từ đỉnh A xuống cạnh BC).
- Từ đây, ta thấy rằng góc CMA và góc ADB đều là góc vuông, do đó AM // BH.
- Tiếp theo, ta cần chứng minh AB // MH.
- Vì I là trung điểm của AB, nên AI = IB.
- Ta cũng biết rằng trong tam giác ABC, đường cao BE hạ từ đỉnh B xuống cạnh AC, và đường cao AD hạ từ đỉnh A xuống cạnh BC.
- Do đó, ta có thể thấy rằng góc AEB = 90° và góc ADB = 90°.
- Từ đây, ta thấy rằng góc AEB và góc ADB đều là góc vuông, do đó AB // MH.
Vậy, ta đã chứng minh được rằng AM // BH và AB // MH, do đó tứ giác AMBH là hình bình hành.
2. Chứng minh H, I, M thẳng hàng:
- Ta đã biết rằng I là trung điểm của AB, do đó AI = IB.
- Ta cũng biết rằng trong tam giác ABC, đường cao AD và BE cắt nhau tại H.
- Do đó, ta có thể thấy rằng H nằm trên đường thẳng đi qua trung điểm của AB và trung điểm của CM.
- Từ đây, ta thấy rằng H, I và M thẳng hàng.
Vậy, ta đã chứng minh được rằng tứ giác AMBH là hình bình hành và H, I, M thẳng hàng.