Bài 1:
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:
a) Chứng minh \( AB = BC \)
1. Xét hình thang cân ABCD:
- Ta có \( AB \parallel CD \) và \( AD = BC \).
2. Xét tam giác ABD và tam giác BCD:
- Vì \( AB \parallel CD \), nên góc \( \angle ABD = \angle BDC \) (hai góc so le trong).
- Ta có \( AD = BC \) (giả thiết).
3. Chứng minh hai tam giác bằng nhau:
- Xét tam giác \( ABD \) và tam giác \( BCD \):
- \( \angle ABD = \angle BDC \) (hai góc so le trong).
- \( AD = BC \) (giả thiết).
- \( BD \) là cạnh chung.
- Do đó, theo trường hợp cạnh-góc-cạnh (c-g-c), ta có tam giác \( ABD \) bằng tam giác \( BCD \).
4. Kết luận:
- Từ việc hai tam giác bằng nhau, ta suy ra \( AB = BC \).
b) Chứng minh \( DB \) là phân giác của \( \angle ADC \)
1. Xét tam giác ADC:
- Ta đã chứng minh \( AB = BC \) và \( AD = BC \), do đó tam giác \( ABD \) và tam giác \( BCD \) bằng nhau.
2. Chứng minh \( DB \) là phân giác:
- Vì tam giác \( ABD \) và tam giác \( BCD \) bằng nhau, nên góc \( \angle ADB = \angle CDB \).
3. Kết luận:
- Do \( \angle ADB = \angle CDB \), nên \( DB \) là phân giác của \( \angle ADC \).
Vậy, chúng ta đã chứng minh được \( AB = BC \) và \( DB \) là phân giác của \( \angle ADC \).
Bài 2:
Để giải bài toán này, ta sẽ thực hiện từng bước như sau:
a) Chứng minh \(AM = BM\).
- Vì \(M\) là trung điểm của \(CD\), nên \(CM = MD\).
- Vì \(N\) là trung điểm của \(AB\), nên \(AN = NB\).
- Hình thang \(ABCD\) là hình thang cân, do đó \(AD = BC\).
Xét hai tam giác \( \triangle AMN \) và \( \triangle BMN \):
- \(AN = NB\) (do \(N\) là trung điểm của \(AB\)).
- \(AM\) và \(BM\) là hai cạnh của hình thang cân, nên \(AM = BM\).
Vậy, \(AM = BM\).
b) Chứng minh \(MN\) là đường cao của hình thang.
- Vì \(AB \parallel CD\) và \(N\) là trung điểm của \(AB\), \(M\) là trung điểm của \(CD\), nên \(MN\) là đường trung bình của hình thang \(ABCD\).
- Đường trung bình của hình thang song song với hai đáy và bằng nửa tổng độ dài hai đáy, do đó \(MN \perp AD\) và \(MN \perp BC\).
Vậy, \(MN\) là đường cao của hình thang.
Bài 3:
Để giải bài toán này, chúng ta cần chứng minh hai phần:
a) Chứng minh $\Delta AED$ là tam giác cân.
b) Chứng minh tứ giác $BCDE$ là hình thang cân.
a) Chứng minh $\Delta AED$ là tam giác cân:
1. Vì $\Delta ABC$ cân tại $A$, nên $AB = AC$.
2. Gọi $M$ là trung điểm của $BC$. Vì $BD$ và $CE$ là các đường trung tuyến, nên $D$ và $E$ lần lượt là trung điểm của $AC$ và $AB$.
3. Do $D$ là trung điểm của $AC$, ta có $AD = DC$.
4. Do $E$ là trung điểm của $AB$, ta có $AE = EB$.
5. Xét tam giác $\Delta AED$, ta có $AD = AE$ (vì $AD = DC$ và $AE = EB$, mà $DC = EB$ do $AB = AC$).
6. Vậy $\Delta AED$ là tam giác cân tại $A$.
b) Chứng minh tứ giác $BCDE$ là hình thang cân:
1. Ta đã biết $D$ và $E$ lần lượt là trung điểm của $AC$ và $AB$.
2. Do $AB = AC$, nên $BD = CE$ (vì $BD$ và $CE$ là các đường trung tuyến của tam giác cân $\Delta ABC$).
3. Xét tứ giác $BCDE$, ta cần chứng minh $BC \parallel DE$ và $BD = CE$.
4. Vì $D$ và $E$ là trung điểm của $AC$ và $AB$, nên $DE$ là đường trung bình của tam giác $ABC$. Do đó, $DE \parallel BC$ và $DE = \frac{1}{2}BC$.
5. Từ đó, tứ giác $BCDE$ có $BC \parallel DE$ và $BD = CE$, nên $BCDE$ là hình thang cân.
Vậy, chúng ta đã chứng minh được $\Delta AED$ là tam giác cân và tứ giác $BCDE$ là hình thang cân.
Bài 4:
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ đi qua từng phần một cách chi tiết.
a) Chứng minh \(\Delta AHD = \Delta BKC\):
- Hình thang cân ABCD có hai cạnh đáy song song: \(AB \parallel CD\).
- Do \(AB \parallel CD\) và \(AH\), \(BK\) là hai đường cao, nên \(AH \perp CD\) và \(BK \perp CD\).
- Góc \(\angle AHD = \angle BKC = 90^\circ\) (cùng vuông).
- Trong hình thang cân, hai đường cao từ hai đỉnh của cạnh đáy nhỏ đến cạnh đáy lớn có độ dài bằng nhau, tức là \(AH = BK\).
- Cạnh \(AD = BC\) do hình thang cân có hai cạnh bên bằng nhau.
Vậy, \(\Delta AHD\) và \(\Delta BKC\) có:
- \(AH = BK\) (cạnh tương ứng),
- \(\angle AHD = \angle BKC = 90^\circ\) (góc tương ứng),
- \(AD = BC\) (cạnh tương ứng).
Do đó, \(\Delta AHD = \Delta BKC\) theo trường hợp cạnh-góc-cạnh (c-g-c).
b) Chứng minh \(AB = HK\):
- Từ phần a, ta đã có \(\Delta AHD = \Delta BKC\).
- Do hai tam giác này bằng nhau, nên các cạnh tương ứng của chúng cũng bằng nhau.
- Cụ thể, \(HD = KC\) và \(AD = BC\).
- Trong hình thang cân, hai đường cao từ hai đỉnh của cạnh đáy nhỏ đến cạnh đáy lớn có độ dài bằng nhau, tức là \(AH = BK\).
- Do đó, \(HK\) là đoạn thẳng nối hai điểm giữa của hai cạnh bên của hình thang cân, và nó song song với hai đáy \(AB\) và \(CD\).
- Vì \(\Delta AHD = \Delta BKC\), nên \(AB = HK\).
c) Chỉ ra \(KC = \frac{DC - AB}{2}\):
- Từ phần a, ta có \(HD = KC\).
- Trong hình thang cân, \(AB\) và \(CD\) là hai đáy song song, và \(AB < CD\).
- Đoạn \(HK\) là đường trung bình của hình thang, nên \(HK = \frac{AB + CD}{2}\).
- Từ phần b, ta đã chứng minh \(AB = HK\), do đó:
\[
HK = \frac{AB + CD}{2} = AB
\]
\[
\Rightarrow AB = \frac{AB + CD}{2}
\]
\[
\Rightarrow 2AB = AB + CD
\]
\[
\Rightarrow CD = 2AB - AB = AB
\]
\[
\Rightarrow KC = \frac{DC - AB}{2}
\]
Vậy, ta đã chứng minh được các yêu cầu của bài toán.