a) Chứng minh 4 điểm P, A, E, O thuộc 1 đường tròn:
- Ta có PA là tiếp tuyến của nửa đường tròn (O; R) tại A nên .
- OE là bán kính của nửa đường tròn (O; R) và OE vuông góc với PE tại E (vì PE là tiếp tuyến của nửa đường tròn tại E).
- Do đó, .
- Xét tứ giác PAEO, ta thấy . Vậy 4 điểm P, A, E, O thuộc 1 đường tròn.
b) Chứng minh PO // BE:
- Ta có và , do đó (góc nội tiếp chắn cung AE).
- Xét tam giác OAE, ta thấy , do đó tam giác OAE cân tại O.
- Vì tam giác OAE cân tại O nên OA = OE.
- Xét tam giác OAP và tam giác OEP, ta thấy OA = OE, , và OP chung. Vậy tam giác OAP và tam giác OEP bằng nhau (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
- Do đó, .
- Xét tam giác OPE, ta thấy (góc nội tiếp chắn cung AE).
- Vậy .
- Xét tam giác OPA và tam giác OEA, ta thấy và (góc nội tiếp chắn cung AE). Vậy tam giác OPA và tam giác OEA đồng dạng (góc - góc).
- Do đó, , tức là OP = OA.
- Vì OP = OA và OA = OE, nên OP = OE.
- Xét tam giác OPE, ta thấy OP = OE, do đó tam giác OPE cân tại O.
- Vì tam giác OPE cân tại O nên .
- Xét tam giác OEP, ta thấy (góc nội tiếp chắn cung AE).
- Vậy .
- Xét tam giác OPE và tam giác OEA, ta thấy và (góc nội tiếp chắn cung AE). Vậy tam giác OPE và tam giác OEA đồng dạng (góc - góc).
- Do đó, , tức là OP = EA.
- Vì OP = EA và EA = BE (vì E là điểm tiếp xúc của tiếp tuyến PE với nửa đường tròn), nên OP = BE.
- Vậy PO // BE.
c) Qua O kẻ đường thẳng vuông góc với OP cắt PE tại M. Chứng minh EM × PE = FE × MF:
- Ta có OM vuông góc với OP, do đó .
- Xét tam giác OMP, ta thấy , do đó tam giác OMP vuông tại M.
- Xét tam giác OME, ta thấy , do đó tam giác OME vuông tại M.
- Xét tam giác OMP và tam giác OME, ta thấy OM chung, , và OP = OE (chứng minh ở phần b). Vậy tam giác OMP và tam giác OME bằng nhau (cạnh huyền - cạnh góc vuông).
- Do đó, MP = ME.
- Xét tam giác EMP, ta thấy MP = ME, do đó tam giác EMP cân tại M.
- Vì tam giác EMP cân tại M nên .
- Xét tam giác EMP và tam giác MPE, ta thấy và (góc nội tiếp chắn cung EP). Vậy tam giác EMP và tam giác MPE đồng dạng (góc - góc).
- Do đó, , tức là EM × MF = PE × MP.
- Vì MP = ME (chứng minh ở trên), nên EM × MF = PE × ME.
- Vậy EM × PE = FE × MF.
Đáp số: a) 4 điểm P, A, E, O thuộc 1 đường tròn.
b) PO // BE.
c) EM × PE = FE × MF.