Chương 1 Một số cát tuyến đặc biệt của tam giác Một đường thẳng cắt một hình gọi là cá tuyến của hình đó. Nếu hình là một đa giác thì cát tuyến có thể cắt không những các cạnh của hình mà còn cắt cả phần kéo dài của cạnh đó. Các trung tuyến, đường cao, đường phân giác trong,.là các ví dụ về cát tuyến trong tam giác. Chương này sẽ trình bày thêm một số cát tuyến đặc biệt khác đi qua đỉnh tam giác.
Các đường thẳng đẳng giác và đẳng cự Định nghĩa 1. Cho một góc zÖy, hai đường thẳng đi qua đỉnh O tạo với phân giác góc đó những góc bằng nhau, gợi là các đường thẳng đẳng giác đối Uới các cạnh của góc. Các đường thang đẳng giác có các tính chất sau: Tính chất 1. Với hai điểm bất kỳ trên hai đường thẳng đẳng giác ta có tích khoảng cách từ hai điểm đó đến một cạnh góc bằng tích hai khoảng cách đến.
Hai diém bat ky trén 2 đường thẳng đẳng giác chiếu lên 2 cạnh góc tạo thành bốn điểm đồng tiên.1 ta phai chttng minh MM,. Từ sự đồng dang cia céc tam gidc vung: AOM,M ~ AON,N; AON)N ~ AOM2)M ta CÓ: MM, OM MM, OM, OM OM, NN; ON NN,’ ON, ON ON,’ Hinh 1.2 của đường thẳng đẳng giác Từ đó AMMI.1) Đẳng thức đầu trong (1.1) chứng minh Ttính chất 1.1; đẳng thức thứ hai cho Tính chất 1.2 do tính chất của phương tích. Tam dudng tron di qua N,, M), No, M2 1A giao diém cha 2 đường trung trực doan thing M,, N,, Mz, No. Oo Tính chất 1.
Đường thẳng nối 2 hành chiếu trên các cạnh của góc của một trong hai điểm trên, uuông góc uới đường nối đỉnh góc uới điểm thú hai. —— —— Chúng mình. Tứ giác OMHM M¿ nội tiếp được, ta có MỊOM = MẠON. Vì MOM = M,MyM (các góc nội tiếp chắn cùng 1 cung trên đường tròn) nên Mũ MaM = MON va vi MoM L OM; ta suy ra: MjMy L ON.
Tuong tu, Ni No L OM. Mệnh đề đảo của Tính chất 1. Giả sử ta có MMH.1) ta cần chứng minh các diém M,N nam trên các đường thẳng đẳng giác đối với các cạnh OX, Oy. MM _ MM) Vy MMM = MINN.
NN; NN, Vay AM{|MM, ~ ANINN:. Do đó, MM MM, MM, Theo gia thiét, = = 1.2 NN» NN, NoN, (1.2) Tiếp theo, OM>M, = 90° — MMyM, = 90° — NN, Np. Ta lai có AOM, M2 ~ AOMIN: vì có góc O chung va OM >M, = ÔN. Vậy, MM: OM; OM: 1My 1 2 (1.3) NN, ON, ON, So sánh 2 đẳng thức (1.3) ta có OM, OM, MM, MM, ON, ON, NN, NN,” Ta suy ra tit gidc OM,M My va tit giac ON2NN, dong dang.
Do dé, các dudng chéo OM va ON chia ching thành các tam giác đồng dạng. Đặc biệt là AOMIM ~ AON,N va MOM = N2ON. Oo Định nghĩa 1. Các đường thẳng đẳng giác đối uới các góc của tam giác được gợi là các đường thẳng đẳng giác của tam giác.
Đường thẳng nối tâm đường tròn ngoại tiếp uới đỉnh tam giác thà đẳng giác uới đường cao của tam giác suất phát từ đỉnh đó. Hiển nhiên với chú ý phân giác trong góc 4 đi qua điểm giữa cung BƠ. (Đinh lý Steiner (1796-1863)) Cho tam giác ABC, F,K là hai chân các đường đẳng giác từ đỉnh A. Khi đó ta có: BK BF @ CK CFR (1.2: Dinh ly Steiner Chứng mưnh.2 Điều kiện cần.
Giả sử AF' và AK là các đường thẳng đẳng giác của tam giác ABC. Ta có Spar AB.AF | Spar | BF Sxac. AK AC Sao KC Suy ra BF _ AB.AF KC AK.AC Tương tự, xét diện tích các tam giác BAK va CAF: SBAK —— AB.AK | SBAK _ BK Scar APF.AC’ Skac FC’ (1.5) Suy ra Bk _ AB.AK FC AF.AC' Nhân về với về của đẳng thức (1.5) với đẳng thức (1.6) thì được BK.BF ABP FO.KC AC” œ BK BF 2 Đẳng thức (1.7) có thể viết lại thành ——.7) có thể viết lại thành CK CF RB (1. Giả sử hai đường AF, AK thỏa mãn (1.
Gọi AF” là đường 3 3. ` BK BF' 2 thang dang gidc cla AK. “ ee thuận ta có CK CF = a Kêt hợp với hệ thức (1.7) ta được CF = oF Suy ra F'=F (F, F’ 6 trong doan BC). Từ đây ta nhận được cap AF, AK là cặp đẳng giác của góc BAC.FC _ AF? KB.KC ~ Ak? Hệ quả 1.
7ø có đẳng thức hay uiết dưới dạng tích các Z AF ty sd don: (FKB).KC) AK Chứng mưnh. Ta coi AB và AC là các đường đẳng giác của tam giác AF'AK. Nếu 9 đường thẳng vé tu 3 dinh tam giác cắt các cạnh đối điện tại 9 điểm thang hàng thì các đường thẳng đẳng giác uới chúng cắt các cạnh tam giác tại 3 điểm thẳng hàng. Ký hiệu Ai, Bị, Ơi là chân của các dudng thang AA), BB,, CC), nằm trên đường thẳng.
Gọi 44s, ÐB;, CÓ» là các đường thẳng đẳng giác tương ứng cua AA), BB,, CC. Theo Tinh chat 1.CA, Wb? AB,.BC: - d2 BABA, 2° CB,.AO b2) Nhân về với vế các đăng thức đó ta có CAI.AŒ@ ` Theo dinh ly Menelaus dao ta c6 As, By, Cy thang hàng.3: A›, Bạ, C¿ thắng hàng 11 Tính chất 1. Nếu các đường thẳng oẽ từ các đỉnh của tam giác đồng quy thì các đường thẳng đẳng giác uới chúng cũng đồng quy. Chúng minh.
Giả sử AM',B.M' đẳng giác với các đường thẳng AAI, BM. Chiếu vuông góc các điểm A⁄Z, ă lên các cạnh, lần lượt được các điểm: D,D',G,Œ'1,E,E' (Hình 1. Dựa trên tính chất các đường thang đẳng giác xuất phát từ A, ta có MD_ MŒ ——=——_—_— 1.8) Tương tự đối với các đường thẳng dang giác xuất phát từ Ö: MD ME —_ = —_ 1. ME M'D' ( 9) Chia về với về đẳng thức (1.10) ta có ME _ MứŒ MG_ M'E" B E E' C Hình 1.4: Các đường thẳng đẳng giác đồng quy Vậy các đường thang GM và Œ'A/' đẳng giác.
Goi A,B,C,D là 4 điểm trên một đường thẳng theo thứ tự đó. P là điểm sao cho APB = CPD, PM là phân giác góc BPC, noi cach khác: PB, PƠ là hai đường thang dang giác của APAD. Khi dé 1 1 1 1 MA’ MC MB MD (1. Ta có nhận xét sau: Trên cạnh BƠ của tam giác ABƠ lay điểm D thì ta luôn _BD_ sinBAD.
lhật vậy, DC sin ADC.sin ABỜ SABD _ AB.sin BAD _ sin BAD. sin ACB Sapo AD. sin DAC s sin ADC. sin ABC! Dat AB =a, BM =b, CM =c, CD = d thi (1.10) tương đương với 1 1 1 1 a+b c b của Bây giờ, dat APB = CPD = a; BPM = MPC = 8; PAD = ¿: PDA = +; PMA =o.
Áp dụng nhận xét trên vào các tam giác APAM, APDM, APAD <=> bd(a + b) = ac(c+ d) (1.sing’ ce sinf.sing — sing a+b sin(a+).siny — siny’ Từ đó, ac(c + 3) = mm œ mm ồ. Đẳng thức đó tương đương bd(a+b) sìn Ø.8 được chứng minh. Hai điểm gọi là đẳng giác nếu các đường thẳng nối chúng uới mỗi đỉnh của tam giác là những đường thẳng đẳng giác. Từ những kết quả trên ta có các tính chất sau của điểm đẳng giác: e Tích các khoảng cách từ các điểm đẳng giác đến mỗi cạnh của tam giác là hằng số.
e Hình chiếu của các điểm đẳng giác của tam giác trên mỗi cạnh của nó nằm trên một đường tròn. Ta chiêu các điểm đẳng giác Aƒ và Aƒ' lên các cạnh tam giác (Hình 1. Theo tính chất các đường đẳng giác AA/, AA/' thì D, D',GŒ,Œ' nằm trên một đường tròn, tâm đường tròn là trung điểm của AfÄ. 13 Theo tính chất các đường thẳng đẳng giác BM, BM’ thi D, D’, E, E’ nim trên một đường tròn, tâm đường tròn là trung điểm của AƒA⁄'.
Vậy 2 đường tròn trùng nhau và 6 hình chiếu của M, M” trên các cạnh của tam giác nằm trên một đường tròn. Hai điểm nằm trên cạnh của một tam giác, cách đều trưng điểm cạnh đó gọi là các điểm đẳng cụ. Hai đường thẳng nối đỉnh một tam giác uới các điểm đẳng cự trên một cạnh đối điện, gợi là các đường thẳng đẳng cự. Các điểm và đường thẳng đẳng cự có tính chất sau: e Cho tam giác ABC và các cặp điểm đẳng cự: Ơi và C›; By va Bo; Ai và B›.
Nếu ŒI, An, Bị thẳng hàng thì các điểm C2, Ao, By cing thang hang. Áp dụng định lý Menelaus. L] e Nếu 3 đường thang AA), BB,,CC, xuat phát từ các đỉnh của tam giác đồng quy thì các đường thẳng đẳng cự của chúng là 44a, ÐB›, CC; cũng đồng quy. Áp dụng định lý Ce'va.
Các đường đối trung 1. Các đường đối trung của tam giác Định nghĩa 1. Các đường thằng đối xứng uới đường trung tuyến đối uới phân giác trong của góc tại đỉnh, gọi là đường đối trung. Nói cách khác, đường thẳng đẳng giác uới trung tuyến là đường đối trung.
Đường cao của tam giác 0uông họ từ đính góc uuông là một đường đối trung của tam giác. AH L BƠ suy ra BAH = ACB. Theo giả thiết 4D là trung tuyến nên D = DC = AD), từ đó, DAG = DCA. Ta suy ra, BAH = CAD.
Vay AH va AD déi xitng qua phan gidc géc A. Theo dinh nghĩa, đường cao 4H là 14 đường đối trung. Vì đường đối trung là đường thẳng đẳng giác với trung tuyến nên ta có các tính chất theo các tính chất của cặp đường thẳng đẳng giác, chẳng hạn các Tính chất 1.3 ngay sau đây. Đường đối trung chia trong cạnh đối điện ra thành các phần tỷ lệ uới bình phương các cạnh kê.
Đường đối trung chia góc ở đỉnh xuất phát thành hai phan có các sin tj lệ uới các cạnh kề. Các đường đối trung của tam giác thì đồng quy Cc B Hinh 1.5: AH là đường thẳng đối trung xuất phát từ A Định nghĩa 1. Điểm đồng quy của ba đường đối trung đó được gọi là điểm Lemoine (con goi là diém Grebe hay tam đối trung) của tam giác.3 được nhà toán học người Pháp Lemoine (1840-1912) chứng minh năm 1873. Chính vì thế điểm đồng quy gọi là điểm Lemoine, ii.
Trong moi tam giác điểm Lemoine và trọng tâm là 2 điểm đẳng giác, ii. Điểm Lemoine có nhiều tính chất được khảo sát trong các tài liệu [1], [2]. Ngoài định nghĩa ta có các điều kiện cần và đủ của đường đối trung:Mệnh đề 1. (Diéu kién can va đủ thứ nhất) Š là một điểm trên cạnh BƠ.
B 2 của tam giác ABC, AS la dudng doi trung khi va chả khá a = : Chiing minh. ` Z =——_—~ = DB Phân thuận. AS là đường đôi trung thì BẢD = CAS. Ta suy ra: SABD = S DB Sacs SC Mat khac, Sine = 30° Từ đó suy ra AB.