Bài 5 (7 điểm). Cho tam giác nhọn $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, trong đó $B,C$ cố định và $A$ thay đổi trên $(O)$. Trên các tia $AB$ và $AC$ lấy lần lượt các điểm $M$ và $N$ sao cho $MA=MC$ và $NA=NB$. Các đường tròn ngoại tiếp tam giác $AMN$ và $ABC$
a) Chứng minh rằng ba điểm $A,P,Q$ thẳng hàng
b) Gọi $D$ là trung điểm $BC$. Các đường tròn có tâm là $M,N$ và cùng đi qua $A$ cắt nhau tại $K(K\neq A)$. Đường thẳng đi qua $A$, vuông góc với $AK$ cắt $BC$ tại $E$. Đường tròn ngoại tiếp tam giác $ADE$ cắt $(O)$ tại $F(F\neq A)$. Chứng minh rằng $AF$ đi qua một điểm cố định.
Bài này không đánh đố như năm ngoái , cơ mà phải bình tĩnh làm bài. Mình ngồi nhà nên thấy nó không quá khó, các anh đi thi nếu tĩnh tâm chắc ko trục trặc gì đâu ^^~.
$\boxed{\text{Không giảm tính tổng quát. Trường hợp bài toán xảy ra như trên hình, các trường hợp còn lại chứng minh hoàn toàn tương tự}}$
a, Ngoài các tứ giác nội tiếp hiển nhiên từ giả thiết, chú ý thêm còn có tứ giác $QMCP, BQPN, BMCN$ nội tiếp nữa. Sử dụng các tính chất về góc của tứ giác nội tiếp để chứng minh $\angle AQP = 180^\circ$ là xong.
b, Từ giả thiết, ta có $\left\{\begin{matrix} NO \perp AC \Rightarrow NO \perp AM\\ MO \perp AB \Rightarrow MO \perp AN \end{matrix}\right. $ $\Rightarrow O$ là trực tâm $\triangle AMN$.
Lại có $\left\{\begin{matrix} AK \perp MN\\ AO \perp MN \end{matrix}\right. \Rightarrow \overline{A,O,K}$
Vậy $AE$ là tiếp tuyến của $(O)$. Tới đây bài toán quay trở về một bổ đề rất quen thuộc: $AF$ là đường đối trung của $\triangle ABC$
Thật vậy, giả sử đường đối trung của $\triangle ABC$ tại $A$ cắt $(O)$ tại $F'$ (trên hình em là $F$ nhưng nó cũng ko ảnh hưởng lắm)
Khi do $A(EF'BC) = -1$ nên $ABF'C$ là tứ giác điều hòa $\Rightarrow EF$ là tiếp tuyến của $(O)$
$\Rightarrow \angle EF'O = 90^\circ = \angle EDO = \angle EAO$ nên $E,A,O,D,F'$ đồng viên.
Hay $F \equiv F'$.
Chỗ này dễ bị nhầm lẫn, nhiều người sẽ tưởng điểm cố định là giao điểm của đường đối trung từ đỉnh $A$ với $BC$ (vì nó chia $BC$ tỉ số không đổi) nhưng nếu để ý kĩ đề bài thì $A$ chuyển động trên $O$ nên $\dfrac{AB}{AC} \neq const$, tức điểm đấy không phải là điểm cố định.
Tóm lại, điểm cố định mà $AF$ đi qua là giao điểm 2 tiếp tuyến từ $B$ và $C$ của $(O)$ $\square$