Bài toán:
Cho $\triangle ABC$ và trọng tâm $G$. Gọi $(A_b)$ là đường tròn qua $A,G$ và tiếp xúc $GB$. Gọi $(A_c)$ là đường tròn qua $A,G$ và tiếp xúc $GC$. Xác định $(B_a),(B_c),(C_a),(C_b)$ tương tự.
Chứng minh rằng $A_b,A_c,B_c,B_a,C_a,C_b$ đồng viên.
Lời giải:
Kí hiệu $[\pi]$ nghĩa là $\pmod {\pi}$
Trước hết, ta cần có 2 bổ đề sau:
Bổ đề 1: Cho $\triangle ABC$. Gọi $(O_1)$ là đường tròn qua $A,C$ và tiếp xúc $AB$. Gọi $(O_2)$ là đường tròn qua $A,B$ và tiếp xúc $AC$. $D$ là giao điểm thứ 2 của $(O_1),(O_2)$. Khi đó $AD$ là đường đối trung $\triangle ABC$.
Chứng minh bổ đề 1:
Do cách dựng nên $D,B$ cùng phía so với $AC$; $D,C$ cùng phía so với $AB$. Từ đó suy ra $D \in \angle BAC$.
Ta có $\angle DBA=\angle DAC$ và $\angle DAB=\angle DCA \Rightarrow \triangle DBA \sim \triangle DAC \Rightarrow \dfrac{d(D,AB)}{d(D,AC)}=\dfrac{AB}{AC}$
Đẳng thức cuối cho ta: $D$ nằm trên đường đối trung ứng đỉnh $A$ của $\triangle ABC$. Ta có đpcm.
=============================
Bổ đề 2: Cho 3 đường tròn $(O_1),(O_2),(O_3)$ có các trục đẳng phương của $d_1,d_2,d_3$. Giả sử $d_1,d_2,d_3$ tạo thành 1 tam giác thì khi đó $(O_1)\equiv (O_2) \equiv (O_3)$.
=============================
Quay lại bài toán. Đầu tiên, ta sẽ chứng minh tồn tại đường tròn $(\gamma_a)$ để $B_a,B_c,C_a,C_b \in (\gamma_a)$.
Thật vậy, gọi $A'$ là trung điểm $BC$, $D$ là giao điểm thứ 2 của $(B_c),(C_b)$.
\[
\begin{array}{l}
\left. \begin{array}{l}
C_a B_a \bot GA' \\
C_a C_b \bot GC \\
\end{array} \right\} \Rightarrow \left( {C_a B_a ,C_a C_b } \right) \equiv \left( {GA',GC} \right)[\pi] \\
\left. \begin{array}{l}
B_c B_a \bot GB \\
B_c C_b \bot GD \\
\end{array} \right\} \Rightarrow \left( {B_c B_a ,B_c C_b } \right) \equiv \left( {GB,GD} \right)[\pi] \\
\end{array}
\]
Mặt khác, theo bổ đề 1 cho $\triangle GBC$, ta có $GD$ là đường đối trung của $\triangle GBC$ nên\[
\left( {GB,GD} \right) \equiv \left( {GA',GC} \right)[\pi] \Rightarrow \left( {C_a B_a ,C_a C_b } \right) \equiv \left( {B_c B_a ,B_c C_b } \right)[\pi] \Rightarrow C_a ,C_b ,B_a ,B_c \in \left( {\gamma _a } \right)
\]
Chứng minh tương tự, ta có $A_b,A_c,B_c,B_a \in (\gamma_c)$ và $A_b,A_c,C_a,C_b \in (\gamma_b)$.
Mặt khác, $(\gamma_a),(\gamma_b),(\gamma_c)$ có các trục đẳng phương của $A_bA_c,B_cB_a,C_aC_b$: trung trực của $GA,GB,GC$ nên các trục đẳng phương đó tạo thành 1 tam giác. Áp dụng bổ đề 2, ta có $$(\gamma_a)\equiv(\gamma_b)\equiv (\gamma_c)$$
Ta có đpcm.
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi perfectstrong: 13-11-2013 - 19:19