Đề 1:
Bài 4: Cho hình vuông ABCD, M là điểm thay đổi trên cạnh BC (M không trùng với B) và N là điểm thay đổi trên cạnh CD (N không trùng với D) sao cho: [tex]\widehat{MAN}=\widehat{MAB}+\widehat{NAD}[/tex]
1. BD cắt AN và AM tương ứng tại P và Q. Chứng minh rằng năm điểm P,Q,M,C,N cùng nằm trên một đường tròn.
2. Chứng minh rằng đường thẳng MN luôn tiếp xúc với một đường tròn cố định khi M và N thay đổi.
3. Ký hiệu diện tích của tam giác APQ là [tex]S_{1}[/tex] là diện tích của tứ giác PQMN là [tex]S_{2}[/tex] . Chứng minh rằng tỉ số [tex]\frac{S_{1}}{S_{2}}[/tex] không đổi khi M và N thay đổi.
$1.$ Ta có $:$ $\widehat{MAN}+\widehat{MAB}+\widehat{NAD}=90^{\circ} \Leftrightarrow \widehat{MAN}+ \widehat{MAN} =90^{\circ} \Leftrightarrow 2\widehat{MAN}=90^{\circ} \Leftrightarrow \widehat{MAN}=45^{\circ}$
Mà $\widehat{DBC}=45^{\circ} \Rightarrow \widehat{MAN}= \widehat{DBC} \Rightarrow$ Tứ giác $APMB$ nội tiếp $\Rightarrow \widehat{PMA}= \widehat{PBA} =45^{\circ}$
Chứng minh tương tự $:$ $\widehat{QNA} =45^{\circ} \Rightarrow \widehat{QNA}=\widehat{PMA} \Rightarrow$ Tứ giác $MNPQ$ nội tiếp $(1)$
Tứ giác $APMB$ nội tiếp $\Rightarrow \widehat{MPN}= \widehat{MBA} =90^{\circ} \Rightarrow \widehat{MPN}+ \widehat{MCN}=90^{\circ}+ 90^{\circ}= 180^{\circ} \Rightarrow$ Tứ giác $MPNC$ nội tiếp $(2)$
$(1)(2) \Rightarrow$ đpcm
$2.$ $\widehat{MPN} =90^{\circ}$ $($cmt$)$ $\Rightarrow MP \perp AN$ tại $P$$.$ Chứng minh tương tự $:$ $NQ \perp AM$ tại $Q$
Gọi $H$ là giao điểm của $NQ$ và $MP \Rightarrow H$ là trực tâm của $\Delta AMN$
$\Rightarrow AH \perp MN$ tại $F$ $($$F$ là giao điểm của $AH$ với $MN$$)$ $\Rightarrow MN$ tiếp xúc với $(A;AF)$ $(3)$
Ta có $:$ $\widehat{AMB}= \widehat{APB}$ $($Tứ giác $PABM$ nội tiếp$)$ và $\widehat{APQ}= \widehat{AMN}$ $($Tứ giác $MNPQ$ nội tiếp$)$ $\Rightarrow \widehat{AMB}= \widehat{AMF}$
$\Rightarrow AM$ là phân giác của $\widehat{BMF} \Rightarrow A$ cách đều $MB,MF \Rightarrow AF=AB$ $(4)$
$(3)(4) \Rightarrow MN$ tiếp xúc với $(A;AB)$ $($cố định do hình vuông $ABCD$ cố định$)$ $($đpcm$)$
$3.$ $\Delta APM$ có $\widehat{PMA} =45^{\circ}$ $($cmt$)$ và $\widehat{PAM}=45^{\circ}$ $($cmt$)$
$\Rightarrow \Delta APM$ vuông cân tại $P \Rightarrow PA=PM$$.$ Chứng minh tương tự $:$ $QA=QN$
$\widehat{PHN}= \widehat{QAN}$ $($cùng phụ $\widehat{ANQ}$$)$ $\Rightarrow sinPHN=sinQAN$
Do $\widehat{PHN}$ kề bù với $\widehat{PHQ}$ nên $sinPHN=sinPHQ$
$S_{PQN}=S_{PHQ}+S_{PHN}=\frac{1}{2}HP.HQ.sinPHQ+ \frac{1}{2}HP.HN.sinPHN= \frac{1}{2}HP.HQ.sinPHN+ \frac{1}{2}HP.HN. sinPHN$
$S_{PQN} = \frac{1}{2}HP.sinPHN.(HN+HQ)= \frac{1}{2}HP.QN.sinPHN$
Tương tự$,$ ta có $:$ $S_{MQN} = \frac{1}{2}HM.QN.sinQHM$$.$ Khi đó $:$
$S_{2}=S_{MNPQ}= S_{PQN}+ S_{MQN}=\frac{1}{2}HP.QN.sinPHN+\frac{1}{2}HM.QN.sinQHM= \frac{1}{2}QN.sinPHN.(HP+HM)$
$S_{2} = \frac{1}{2}QN.NQ.sinPHN$ $($$\widehat{PHN}= \widehat{QHM}$$)$
Mà $sinPHN=sinQAN$ $($cmt$)$ nên $S_{2} =\frac{1}{2}QN.NQ.sinQAN$
$S_{1}=\frac{1}{2}AQ.AP.sinMAN= \frac{1}{2}QN.PM.sinMAN$ $($$QA=QN,PA=PM$$)$
Khi đó $:$ $\frac{S_{1}}{S_{2}}=\frac{\frac{1}{2}QN.PM.sinMAN}{\frac{1}{2}QN.NQ.sinQAN}=1$ $($không đổi$)$ $($đpcm$)$