Cho tứ giác lồi ABCD thỏa mãn DAB=ABC=BCD. Gọi H, O lần lượt là trực tâm và tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Chứng minh rằng H, O, D thẳng hàng.
Trường hợp [TEX]\widehat{ABC}=90^o[/TEX] thì hiển nhiên.
Nếu [TEX]\widehat{ABC}<90^o[/TEX]:
Ta có O,H nằm tròn tam giác ABC và AOC=2ABC,AHC=90o−ABC\
Vì ABCD lồi, DAB=ABC=BCD⇒360o−3ABC=ADC<180o⇒ABC>60o⇒AOC>AHC nên O nằm trong tam giác AHC.
Lại có: sinHADsinAHD=HDDA,sinCHDsinHCD=DCHD,sinACDsinCAD=ADCD⇒sinHADsinAHD.sinCHDsinHCD.sinACDsinCAD=1
Đặt CAB=x,ABC=y,BCA=z
Khi đó HCD=BCD−BCH=y−(90o−y)=2y−90o,CAD=DAB−CAB=y−x HAD=y−(90o−y)=2y−90o,ACD=BCD−ACB=y−z HAO=OAB−HAB=90o−z−(90o−y)=y−z,ACO=CAO=90o−z,HCO=HCA−ACO=90o−x−(90o−y)=y−x
Suy ra [TEX]\widehat{CAD}=\widehat{HCO},\widehat{HCD}=\widehat{HAD},\widehat{ACD}=\widehat{HAO},\widehat{ACO}=\widehat{CAO}[/TEX]
[TEX]\Rightarrow \frac{\sin \widehat{AHD}}{\sin \widehat{CHD}}.\frac{\sin \widehat{CAD}}{\sin \widehat{ACD}}=1 \Rightarrow \frac{\sin \widehat{AHD}}{\sin \widehat{CHD}}.\frac{\sin \widehat{HCO}}{\sin \widehat{HAO}}.\frac{\sin \widehat{CAO}}{\sin \widehat{ACO}}=1[/TEX]
Theo định lí Céva dạng sin thì [TEX]AO,CO,HD[/TEX] đồng quy hay [TEX]H,D,O[/TEX] thẳng hàng.
Tương tự thì [TEX]\widehat{ABC} >90^o[/TEX] ta cũng có đpcm.