Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ đi qua từng phần một cách chi tiết.
a) Chứng minh A, B, C, D cùng thuộc một đường tròn:
- Do M nằm trên nửa đường tròn đường kính AB, nên góc \( \angle AMB = 90^\circ \).
- Tiếp tuyến tại M vuông góc với bán kính OM, do đó \( \angle AMC = 90^\circ \) và \( \angle BMD = 90^\circ \).
- Vì \( \angle AMC = \angle BMD = 90^\circ \), nên tứ giác AMCD là tứ giác nội tiếp.
- Tương tự, vì \( \angle AMB = 90^\circ \), nên tứ giác AMBD cũng là tứ giác nội tiếp.
- Do đó, A, B, C, D cùng thuộc một đường tròn.
b) Chứng minh CD = AC + BD và tính góc COD:
- Do A, B, C, D cùng thuộc một đường tròn, nên theo định lý Ptolemy, ta có:
\[
AC \cdot BD + AD \cdot BC = AB \cdot CD
\]
- Vì \( AD = BC \) (do tính chất của tiếp tuyến từ một điểm ngoài đường tròn), nên:
\[
AC \cdot BD + AD^2 = AB \cdot CD
\]
- Do đó, \( CD = AC + BD \).
- Để tính góc \( \angle COD \), ta sử dụng tính chất của góc nội tiếp và góc ở tâm:
- \( \angle COD = 2 \times \angle CMD \) (do \( \angle CMD \) là góc nội tiếp chắn cung CD).
- Vì \( \angle CMD = 90^\circ \), nên \( \angle COD = 180^\circ \).
c) Chứng minh tứ giác MEO là hình chữ nhật và AB là tiếp tuyến của đường tròn tâm Q đường kính CD:
- Để chứng minh tứ giác MEO là hình chữ nhật:
- Ta có \( \angle AMB = 90^\circ \) và \( \angle AEB = 90^\circ \) (do E là giao điểm của AM và BD, và BD là tiếp tuyến).
- Do đó, \( \angle MEO = 90^\circ \), chứng tỏ MEO là hình chữ nhật.
- Để chứng minh AB là tiếp tuyến của đường tròn tâm Q đường kính CD:
- Gọi I là trung điểm của CD, do đó I là tâm của đường tròn đường kính CD.
- Vì CD là đường kính, nên \( \angle CID = 90^\circ \).
- Do đó, AB là tiếp tuyến của đường tròn tâm Q đường kính CD tại điểm I.
Với các lập luận trên, chúng ta đã hoàn thành việc chứng minh các phần của bài toán.