Cho hình thang cân ABCD (AB//CD) gọi H và I là chân đường vuông góc kẻ từ B đến AC và CD . Gọi N là trung điểm của HI, M là trung điểm của AD chứng minh BN vuông góc với MN
Giải theo pp cấp 2 như sau, bạn tự vẽ hình nhé:
Gọi P đối xứng với B qua CD. thì do t/c hình thang cân, suy ra PC = AD và PC // AD (do 2 góc PCD và ADC bằng nhau). Suy ra ACPD là hình bình hành.
Gọi E và F lần lượt là trung điểm của CB và CP. dễ suy ra EF // = BI. Nên BEFI là hình bình hành. nên BE //= IF.
Do ACPD bình hành mà M và F là 2 trung điểm của 2 cạnh đối nên suy ra FM //= AC.
Bây giờ trên tia đối của tia NB ta lấy G sao cho N là trung điểm của BG. Vậy BIGH cũng là hình bình hành nên BH //= IG.
Như vậy ta thấy 2 góc HBE và GIF có các cạnh tương ứng song song.
Do BH vuông góc AC nên tam giác BHC vuông tại H nên HBE phải là góc nhọn.
Do F đối xứng với E qua CD nên F sẽ phải nằm ở bên kia mặt phẳng bờ CD.
Do BHGI là bình hành nên HG //= BI nên HG vuông góc CD. Và do HG = BI = cũng là độ cao của hình thang, mà H nằm trên AC và trong hình thang do ABC là tam giác tù tại B do t/c của hình thang cân có cạnh AB < CD. Vậy khoảng cách từ H đến CD phải nhỏ hơn độ cao hình thang. Tức là suy ra HG > khoảng cách từ H đến CD. Vậy có nghĩa là G cũng nằm về nửa kia mặt phẳng bờ CD.
Vậy 2 điểm G và F cùng nằm ở nửa kia mặt phẳng bờ CD.
Ta có: các góc FIC = FCI = BCD = BCA + ACD.
các góc DIG = 90độ - IGH = 90độ - HBI = 90độ - ACD.
suy ra góc: FIC + DIG = 90độ - ACD + BCA + ACD = 90độ + BCA > 90độ. Từ đó suy ra GIF phải là góc nhọn.
2 góc HBE và GIF có cạnh tương ứng song song và đều là các góc nhọn nên chúng bằng nhau. Từ đó suy ra 2 tam giác HBE và GIF bằng nhau. Suy ra FG = EH = 1/2 cạnh bên hình thang. 2 tam giác này đều là các tam giác cân tại E và F.
Gọi K là trung điểm IG, suy ra FK là trung trực IG. nên FK cũng vuông góc BH và cũng // CA.
Vậy 3 điểm F, K, M thẳng hàng, và M cũng nằm trên trung trực IG.
Suy ra MI = MG. Mà theo t/c hình thang cân dễ thấy MI = MB.
Vậy suy ra MG = MB. Tam giác MBG cân và MN là trung tuyến nên cũng là đường cao. ==> Đpcm.