Bài 3:
a) Để chứng minh tứ giác \(AHCK\) là hình bình hành, ta cần chứng minh hai cặp cạnh đối song song.
- Ta có \(AH \perp BD\) và \(CK \perp BD\) (do giả thiết).
- Do đó, \(AH \parallel CK\).
- Tương tự, \(AK \perp BD\) và \(CH \perp BD\).
- Do đó, \(AK \parallel CH\).
Vì \(AH \parallel CK\) và \(AK \parallel CH\), tứ giác \(AHCK\) là hình bình hành.
b) Để chứng minh \(O\) là trung điểm của \(HK\), ta cần chứng minh \(OH = OK\).
- Vì \(O\) là trung điểm của \(BD\), ta có \(OB = OD\).
- Trong hình bình hành \(AHCK\), \(AH \parallel CK\) và \(AK \parallel CH\), nên \(O\) nằm trên đường chéo của hình bình hành này.
- Do đó, \(O\) cũng là trung điểm của \(HK\) vì đường chéo của hình bình hành cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường.
Vậy, \(O\) là trung điểm của \(HK\).
Bài 4:
a) Chứng minh \(MN \bot AC\):
- Ta có \(AD \bot AC\) (giả thiết).
- Gọi \(M\) và \(N\) lần lượt là trung điểm của \(AB\) và \(CD\).
- Trong hình bình hành \(ABCD\), ta có \(AB \parallel CD\) và \(AB = CD\).
- Do \(M\) và \(N\) là trung điểm, nên \(MN\) là đường trung bình của hình bình hành \(ABCD\).
- Đường trung bình của hình bình hành song song với hai đáy và bằng nửa tổng hai đáy, do đó \(MN \parallel AD\).
- Vì \(AD \bot AC\), suy ra \(MN \bot AC\).
b) Tứ giác \(AMCN\) là hình gì?
- Ta có \(M\) và \(N\) là trung điểm của \(AB\) và \(CD\).
- \(MN\) là đường trung bình của hình bình hành \(ABCD\), nên \(MN \parallel AD\) và \(MN = \frac{1}{2}AD\).
- Do \(AD \bot AC\) và \(MN \parallel AD\), suy ra \(MN \bot AC\).
- Tứ giác \(AMCN\) có \(MN \parallel AD\) và \(MN \bot AC\), nên \(AMCN\) là hình thang vuông tại \(A\) và \(C\).
Bài 5:
a) Tam giác ADBF là tam giác gì?
- Ta có \(DF \parallel AC\) (do \(DF\) song song với \(AC\) theo giả thiết).
- Do đó, góc \(ADF = \angle ACB\) (vì hai góc này là hai góc so le trong).
- Tam giác \(ABC\) cân tại \(A\) nên \(\angle ACB = \angle ABC\).
- Suy ra \(\angle ADF = \angle ABC\).
Vì \(DF \parallel AC\) và \(D\) thuộc \(AB\), \(F\) thuộc \(BC\), nên tam giác \(ADBF\) là tam giác cân tại \(D\).
b) Chứng minh tứ giác DCEF là hình bình hành.
- Ta có \(DF \parallel AC\) (theo giả thiết).
- Mà \(CE\) là tia đối của tia \(CA\), nên \(DF \parallel CE\).
- Ta có \(CE = BD\) (theo giả thiết).
- Mà \(BD\) là cạnh của tam giác \(ADB\), nên \(BD = DF\).
Vậy tứ giác \(DCEF\) có hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau, do đó \(DCEF\) là hình bình hành.
Bài 6:
Để giải bài toán này, ta cần chứng minh hai điều:
a) Chứng minh \(MN = PQ\).
- Vì M và N lần lượt là trung điểm của AB và BC, nên \(MN\) là đường trung bình của tam giác \(ABC\). Do đó, \(MN\) song song với \(AC\) và \(MN = \frac{1}{2}AC\).
- Tương tự, P và Q lần lượt là trung điểm của CD và DA, nên \(PQ\) là đường trung bình của tam giác \(CDA\). Do đó, \(PQ\) song song với \(AC\) và \(PQ = \frac{1}{2}AC\).
- Vì \(MN\) và \(PQ\) đều song song với \(AC\) và có độ dài bằng \(\frac{1}{2}AC\), nên \(MN = PQ\).
b) Chứng minh MNPQ là một hình bình hành.
- Ta đã có \(MN = PQ\) và \(MN \parallel PQ\).
- Tương tự, vì M và Q là trung điểm của AB và DA, nên \(MQ\) là đường trung bình của tam giác \(ABD\). Do đó, \(MQ\) song song với \(BD\) và \(MQ = \frac{1}{2}BD\).
- P và N là trung điểm của CD và BC, nên \(NP\) là đường trung bình của tam giác \(BCD\). Do đó, \(NP\) song song với \(BD\) và \(NP = \frac{1}{2}BD\).
- Vì \(MQ\) và \(NP\) đều song song với \(BD\) và có độ dài bằng \(\frac{1}{2}BD\), nên \(MQ = NP\) và \(MQ \parallel NP\).
- Từ đó, tứ giác MNPQ có hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau, nên MNPQ là một hình bình hành.
Vậy, ta đã chứng minh được cả hai yêu cầu của bài toán.
Bài 7:
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:
a) Chứng minh AMCN là hình bình hành
1. Xét các trung điểm:
- M là trung điểm của AB, do đó \( AM = MB \).
- N là trung điểm của CD, do đó \( CN = ND \).
2. Chứng minh AMCN là hình bình hành:
- Ta có \( AM = MB \) và \( CN = ND \).
- Xét hai đoạn thẳng \( AM \) và \( CN \), ta có:
- \( AM \parallel CN \) vì AB \(\parallel\) CD (tính chất của hình bình hành).
- \( AM = CN \) vì M và N là trung điểm của AB và CD.
- Từ đó, tứ giác AMCN có hai cặp cạnh đối song song và bằng nhau, nên AMCN là hình bình hành.
b) Chứng minh \( BF = FE = ED \)
1. Xét tam giác BCD:
- Vì M và N là trung điểm của AB và CD, nên \( AN \) và \( CM \) là các đường trung tuyến của tam giác BCD.
2. Chứng minh \( BF = FE = ED \):
- Gọi G là giao điểm của đường thẳng qua F song song với AB và AN.
- Do \( F \) nằm trên \( CM \) và \( AN \), và \( AN \parallel CM \) (vì AMCN là hình bình hành), nên \( F \) là trung điểm của \( BD \).
- Vì \( F \) là trung điểm của \( BD \), nên \( BF = FD \).
- Đường thẳng qua F song song với AB cắt AN tại G, do đó \( FG \parallel AB \).
- Vì \( FG \parallel AB \) và \( F \) là trung điểm của \( BD \), nên \( BF = FE = ED \).
Vậy, ta đã chứng minh được \( BF = FE = ED \).