Bài 4. (3,5 điểm)
Cho tam giác ABC, lấy M là trung điểm của BC. Trên tia đối của tia MA lấy điểm D sao cho MA = MD.
a) Chứng minh \Delta AMC=\Delta DMB.
b) Chứng minh AC // BD.
c) Kẻ AH\perp BC, DK\perp BC (H, K thuộc BC). Chứng minh AH = DK.
d) Gọi I là trung điểm của AC, vẽ điểm E sao cho I là trung điểm của BE. Chứng minh ba điểm E, C, D thẳng hàng.
a) Xét \triangle AMC và \triangle DMB có: MA=MD (giả thiết); \widehat{AMC}=\widehat{DMB} (hai góc đối đỉnh, vì D thuộc tia đối của tia MA và B, C nằm trên hai tia đối nhau gốc M); MC=MB (M là trung điểm của BC). Do đó \triangle AMC=\triangle DMB (c.g.c).
b) Từ \triangle AMC=\triangle DMB (câu a) suy ra \widehat{MAC}=\widehat{MDB} (hai góc tương ứng), tức \widehat{CAD}=\widehat{BDA}. Hai góc này ở vị trí so le trong tạo bởi đường thẳng AD cắt hai đường thẳng AC và BD (vì B, C nằm khác phía đối với đường thẳng AD). Vậy AC\parallel BD.
c) Nếu AM\perp BC thì H\equiv K\equiv M và AH=AM=MD=DK. Ngược lại, H, K khác M. Xét hai tam giác vuông AHM (vuông tại H) và DKM (vuông tại K) có: cạnh huyền MA=MD (giả thiết); \widehat{AMH}=\widehat{DMK} (hai góc đối đỉnh, vì A, M, D thẳng hàng với M nằm giữa, và H, K nằm trên hai tia đối nhau gốc M của đường thẳng BC do A, D ở hai phía của BC). Do đó \triangle AHM=\triangle DKM (cạnh huyền – góc nhọn), suy ra AH=DK (hai cạnh tương ứng).
d) Xét \triangle AIB và \triangle CIE có: IA=IC (I là trung điểm AC); \widehat{AIB}=\widehat{CIE} (đối đỉnh); IB=IE (I là trung điểm BE). Nên \triangle AIB=\triangle CIE (c.g.c), suy ra \widehat{IAB}=\widehat{ICE}; hai góc này so le trong nên AB\parallel CE. Tương tự, xét \triangle AMB và \triangle DMC có MA=MD, \widehat{AMB}=\widehat{DMC} (đối đỉnh), MB=MC nên \triangle AMB=\triangle DMC (c.g.c), suy ra \widehat{MAB}=\widehat{MDC}; hai góc này so le trong nên AB\parallel CD. Qua điểm C nằm ngoài đường thẳng AB chỉ có một đường thẳng song song với AB (tiên đề Euclid), nên hai đường thẳng CE và CD trùng nhau. Vậy ba điểm E, C, D thẳng hàng.