Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng phần theo yêu cầu của đề bài.
Phần a) Chứng minh AK, BH và CD đồng quy
1. Xác định trực tâm:
- Trực tâm của tam giác BCD là điểm H, nghĩa là H là giao điểm của các đường cao hạ từ các đỉnh của tam giác BCD.
- Trực tâm của tam giác ACD là điểm K, nghĩa là K là giao điểm của các đường cao hạ từ các đỉnh của tam giác ACD.
2. Chứng minh AK và BH cùng đi qua điểm trực tâm của tam giác ABC:
- Vì AB vuông góc với đáy (BCD), nên AB vuông góc với BC và BD.
- Do đó, AK là đường cao hạ từ đỉnh A của tam giác ACD, và BH là đường cao hạ từ đỉnh B của tam giác BCD.
- Gọi O là trực tâm của tam giác ABC, thì O là giao điểm của các đường cao hạ từ các đỉnh của tam giác ABC.
- Vì AK và BH đều là đường cao hạ từ các đỉnh của tam giác ACD và BCD, nên AK và BH sẽ cùng đi qua điểm O.
3. Chứng minh CD đi qua điểm O:
- Vì O là trực tâm của tam giác ABC, nên O là giao điểm của các đường cao hạ từ các đỉnh của tam giác ABC.
- Đường thẳng CD là đường chung của tam giác BCD và ACD, do đó CD cũng đi qua điểm O.
Từ đó, ta có AK, BH và CD đồng quy tại điểm O.
Phần b) Chứng minh $BD \bot (CHK)$
1. Chứng minh BD vuông góc với CK:
- Vì K là trực tâm của tam giác ACD, nên CK là đường cao hạ từ đỉnh C của tam giác ACD.
- Do đó, CK vuông góc với AD.
- Vì AB vuông góc với đáy (BCD), nên AB vuông góc với BD.
- Do đó, BD nằm trong mặt phẳng (BCD) và CK nằm trong mặt phẳng (ACD), và CK vuông góc với BD.
2. Chứng minh BD vuông góc với CH:
- Vì H là trực tâm của tam giác BCD, nên CH là đường cao hạ từ đỉnh C của tam giác BCD.
- Do đó, CH vuông góc với BD.
Từ đó, ta có BD vuông góc với cả CK và CH, nên BD vuông góc với mặt phẳng (CHK).
Phần c) Chứng minh HK // AB
1. Chứng minh HK nằm trong mặt phẳng (ABD):
- Vì H là trực tâm của tam giác BCD, nên H nằm trên đường cao hạ từ đỉnh B của tam giác BCD.
- Vì K là trực tâm của tam giác ACD, nên K nằm trên đường cao hạ từ đỉnh A của tam giác ACD.
- Do đó, HK nằm trong mặt phẳng (ABD).
2. Chứng minh HK vuông góc với BD:
- Vì H là trực tâm của tam giác BCD, nên H nằm trên đường cao hạ từ đỉnh B của tam giác BCD.
- Vì K là trực tâm của tam giác ACD, nên K nằm trên đường cao hạ từ đỉnh A của tam giác ACD.
- Do đó, HK vuông góc với BD.
3. Chứng minh HK // AB:
- Vì AB vuông góc với đáy (BCD), nên AB vuông góc với BD.
- Vì HK nằm trong mặt phẳng (ABD) và vuông góc với BD, nên HK // AB.
Từ đó, ta có HK // AB.
Kết luận
- a) AK, BH và CD đồng quy tại điểm O.
- b) $BD \bot (CHK)$.
- c) HK // AB.