Question

[Cô Tuyết Ngọc]

Cho tam giác nhọn \(ABC\) nội tiếp đường tròn \((O;R)\). Hai đường cao \(BD\), \(CE\) của tam giác \(ABC\) cắt nhau tại \(H\). Các tia \(BD\), \(CE\) cắt đường tròn \((O;R)\) lần lượt tại điểm thứ hai là \(P\), \(Q\).

1. Chứng minh rằng tứ giác \(BCDE\) nội tiếp và cung \(AP\) bằng cung \(AQ\).

2. Chứng minh \(E\) là trung điểm của \(HQ\) và \(OA\perp DE\).

3. Cho \(\widehat{CAB}=60^{\circ}\) , \(R=6\) cm. Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác \(AED\).

Answer 1

[Nguyễn Ngọc Anh Minh]

1/ E và D cùng nhìn BC dưới 2 góc bằng nhau và bằng 90 độ nên E và D cùng nằm trên đường tròn đường kính BD

=> BCDE là tứ giác nội tiếp

Xét tg vuông ABD và tg vuông ACE có

\(\widehat{ABP}=\widehat{ACQ}\) (cùng phụ với \(\widehat{BAC}\) ) (1)

\(sđ\widehat{ABP}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AP (góc nội tiếp) (2)

\(sđ\widehat{ACQ}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AQ (góc nội tiếp) (3)

Từ (1) (2) (3) => sđ cung AP = sđ cung AQ

2/ 

Ta có 

\(sđ\widehat{ABP}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AP (góc nt) (1)

\(sđ\widehat{ABQ}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AQ (góc nt) (2)

Mà sđ cung AP = sđ cung AQ (cmt) (3)

Từ (1) (2) (3) \(\Rightarrow\widehat{ABP}=\widehat{ABQ}\) => BA là phân giác của \(\widehat{PBQ}\)

Mà \(AB\perp CQ\) => BA là đường cao của tg HBQ

=> tg HBQ cân tại B (trong tg đường phân giác đồng thời là đường cao thì tg đó là tg cân)

=> EQ=EH (trong tg cân đường cao hạ từ đỉnh tg cân đồng thời là đường trung tuyến) => E là trung điểm của HQ (đpcm)

Chứng minh tương tự ta cũng có D là trung điểm của HP

=> ED là đường trung bình của tg HPQ => ED//PQ

Nối AO cắt (O) tại K ta có

sđ cung AQK = sđ cung APK (nửa đường tròn)

sđ cung AQ = sđ cung AP (cmt)

=> sđ cung QBK = sđ cung PCK => KQ=KP (hai cung có số đo bằng nhau thì hai dây trương cung tương ứng có độ dài bằng nhau) => tg KPQ cân tại K

Ta có

\(sđ\widehat{AKQ}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AQ (góc nt)

\(sđ\widehat{AKP}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AP (góc nt)

Mà sđ cung AQ = sđ cung AP (cmt)

=> \(\widehat{AKQ}=\widehat{AKP}\) => AK là phân giác  \(\widehat{PKQ}\) của tg cân KPQ 

=> AK là đường cao của tg KPQ (trong tg cân đường phân giác của góc ở đỉnh đồng thời là đường cao)

\(\Rightarrow AK\perp PQ\Rightarrow OA\perp PQ\) mà DE//PQ (cmt) \(\Rightarrow OA\perp DE\) (đpcm)

3/ Ta có

Xét tg vuông ABD có

\(\widehat{ABD}=90^o-\widehat{CAB}=90^o-60^o=30^o\)

\(\Rightarrow AD=\dfrac{AB}{2}\) (trong tg vuông cạnh đối diện với góc \(30^o\) bằng nửa cạnh huyền)

C/m tương tự khi xét tg vuông ACE ta cũng có \(AE=\dfrac{AC}{2}\)

Ta có

\(sđ\widehat{ADB}=30^o=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AP => sđ cung AP\(=60^o\) = sđ cung AQ

Gọi I là giao của AK với PQ ta có

tg KPQ cân tại K (cmt)

\(AK\perp PQ\) (cmt)

=> IQ=IP (trong tg cân đường cao hạ từ đỉnh tg cân đồng thời là đường trung tuyến)

Xét tg vuông AQI có

\(sđ\widehat{AQI}=\dfrac{1}{2}sđ\) cung AP = \(30^o\Rightarrow AI=\dfrac{AQ}{2}\)  (trong tg vuông cạnh đối diện với góc 30 độ bằng nửa cạnh huyền)

Ta có \(\widehat{AQK}=90^o\) (góc nt chắn nửa đường tròn)

Xét tg vuông AQK có

\(AQ^2=AI.AK=\dfrac{AQ}{2}.2R\Rightarrow AQ=R\Rightarrow AI=\dfrac{AQ}{2}=\dfrac{R}{2}\) 

\(\Rightarrow IK=AK-AI=2R-\dfrac{R}{2}=\dfrac{3R}{2}\)

Ta có

\(IQ^2=IA.IK\) (trong tg vuông bình phươn đường cạo hạ từ đỉnh góc vuông xuống cạnh huyền bằng tích giữa hình chiếu của 2 cạnh góc vuông trên cạnh huyền)

\(\Rightarrow IQ^2=\dfrac{R}{2}.\dfrac{3R}{2}\Rightarrow IQ=\dfrac{R\sqrt{3}}{2}\)

Ta có 

IQ=IP (cmt) => PQ=2.IQ=\(R\sqrt{3}\)

Ta có ED là đường trung bình của tg HPQ (cmt)

\(\Rightarrow DE=\dfrac{PQ}{2}=\dfrac{R\sqrt{3}}{2}\)

Ta có

\(S_{ABC}=\dfrac{1}{2}.AB.AC.\sin\widehat{CAB}=\dfrac{1}{2}.AB.AC.\dfrac{\sqrt{3}}{2}=\dfrac{AB.AC.\sqrt{3}}{4}\)

\(S_{AED}=\dfrac{1}{2}.AD.AE.\sin\widehat{CAB}=\dfrac{1}{2}.\dfrac{AB}{2}.\dfrac{AC}{2}.\dfrac{\sqrt{3}}{2}=\dfrac{AB.AC.\sqrt{3}}{16}\)

\(\Rightarrow\dfrac{S_{AED}}{S_{ABC}}=\dfrac{1}{4}\)

Gọi R' là bán kính đường tròn ngoại tiếp tg AED

\(S_{AED}=\dfrac{AE.AD.DE}{4R'}=\dfrac{AC}{2}.\dfrac{AB}{2}.\dfrac{6\sqrt{3}}{2}.\dfrac{1}{4R'}=\dfrac{AB.AC.\sqrt{3}}{4}.\dfrac{3\sqrt{3}}{4R'}=\dfrac{S_{ABC}.3\sqrt{3}}{4R'}\)

\(\Rightarrow\dfrac{S_{AED}}{S_{ABC}}=\dfrac{3\sqrt{3}}{4R'}=\dfrac{1}{4}\Rightarrow R'=3\sqrt{3}\)