Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:
1. Tính số đo \( CN \):
- Vì \( M \) và \( N \) lần lượt là trung điểm của \( AB \) và \( BC \), nên \( AM = MB = \frac{AB}{2} \) và \( BN = NC = \frac{BC}{2} \).
- Do \( ABCD \) là hình vuông, nên \( AB = BC = CD = DA \).
- Suy ra, \( CN = \frac{BC}{2} = \frac{AB}{2} \).
2. Chứng minh \( A, B, C, M \) cùng nằm trên một đường tròn:
- Ta có \( M \) là trung điểm của \( AB \), nên \( AM = MB \).
- Trong tam giác vuông \( ABC \) (vì \( ABCD \) là hình vuông), \( AC \) là đường chéo, do đó \( AC = \sqrt{AB^2 + BC^2} = AB\sqrt{2} \).
- \( M \) là trung điểm của \( AB \), nên \( AM = MB = \frac{AB}{2} \).
- Xét tam giác \( AMC \), ta có \( AM = MB = \frac{AB}{2} \) và \( AC = AB\sqrt{2} \).
- Do đó, \( A, B, C, M \) cùng nằm trên đường tròn đường kính \( AC \).
3. Xác định tâm của đường tròn đi qua ba điểm \( B, D, E \):
- Gọi \( O \) là tâm của đường tròn đi qua \( B, D, E \).
- Ta cần tìm vị trí của \( O \) sao cho \( OB = OD = OE \).
- Vì \( B \) và \( D \) là hai đỉnh đối diện của hình vuông \( ABCD \), nên \( BD \) là đường chéo của hình vuông và \( BD = AB\sqrt{2} \).
- \( E \) là giao điểm của \( CM \) và \( DN \).
- Do \( M \) và \( N \) là trung điểm của \( AB \) và \( BC \), nên \( CM \) và \( DN \) là các đường trung tuyến của tam giác vuông \( ABC \).
- Tâm \( O \) của đường tròn đi qua \( B, D, E \) sẽ nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng \( BD \).
- Vì \( BD \) là đường chéo của hình vuông, nên trung điểm của \( BD \) cũng là tâm của đường tròn đi qua \( B, D, E \).
Vậy, tâm của đường tròn đi qua ba điểm \( B, D, E \) là trung điểm của đoạn thẳng \( BD \).