Bài 3.
a) Ta sẽ chứng minh tứ giác AMNI là hình thang cân.
- Vì BD là phân giác của góc ABC, nên ta có (vì ).
- Xét tam giác ABD, ta có .
- Xét tam giác BCD, ta có .
- Vì M là trung điểm của BD, N là trung điểm của BC và I là trung điểm của CD, nên ta có:
- MN là đường trung bình của tam giác BCD, do đó MN song song với CD và MN = CD.
- MI là đường trung bình của tam giác BCD, do đó MI song song với BC và MI = BC.
- Vì MN song song với CD và MI song song với BC, nên ta có MN song song với MI.
- Xét tam giác ABD, ta có và , do đó . Vì M là trung điểm của BD, nên AM là đường cao hạ từ đỉnh A xuống đáy BD, tức là AM vuông góc với BD.
- Xét tam giác BCD, ta có và , do đó . Vì I là trung điểm của CD, nên NI là đường cao hạ từ đỉnh N xuống đáy CD, tức là NI vuông góc với CD.
- Vì AM vuông góc với BD và NI vuông góc với CD, nên ta có AM song song với NI.
- Vậy tứ giác AMNI có hai cặp cạnh đối song song, do đó AMNI là hình thang.
- Ta sẽ chứng minh AMNI là hình thang cân. Vì MN song song với CD và MI song song với BC, nên ta có:
- (hai góc so le trong).
- (hai góc so le trong).
- Vì (cùng bằng 90^\circ), nên ta có .
- Vậy AMNI là hình thang cân.
b) Ta sẽ tính các cạnh của tứ giác AMNI.
- Vì AB = 4 cm và , nên ta có AC = AB = 4 = 4 cm.
- Vì M là trung điểm của BD, nên BM = MD = BD.
- Vì N là trung điểm của BC, nên BN = NC = BC.
- Vì I là trung điểm của CD, nên CI = ID = CD.
- Ta có BD = AB = 4 = 4 cm.
- Ta có BC = AB 2 = 4 2 = 8 cm.
- Ta có CD = AC = 4 = 12 cm.
- Vậy ta có:
- AM = AB = 4 = 2 cm.
- MN = CD = 12 = 6 cm.
- NI = BC = 8 = 4 cm.
- AI = AC = 4 = 2 cm.
Đáp số: AM = 2 cm, MN = 6 cm, NI = 4 cm, AI = 2 cm.
Bài 4.
a) Ta có:
Tổng:
Ta thấy rằng:
b) Ta cần chứng minh rằng .
- Xét tam giác , ta có là phân giác của góc .
- Xét tam giác , ta có là phân giác của góc .
- Xét tam giác , ta có là phân giác của góc .
Do đó, ta có:
- (vì là phân giác của góc )
- (vì là phân giác của góc )
- (vì là phân giác của góc )
Nhân ba tỉ lệ này lại với nhau, ta có:
Do đó:
Suy ra:
Vậy ta đã chứng minh được .