1) Tam giác ABC vuông tại B (do ABCD là hình chữ nhật) có BH là đường cao:
⦁ AC2 = AB2 + BC2 (Định lí Pythagore).
= 42 + 32 = 25.
Suy ra AC = 5 (cm).
⦁ \(\frac{1}{{B{H^2}}} = \frac{1}{{A{B^2}}} + \frac{1}{{A{C^2}}}\) (Hệ thức lượng trong tam giác vuông).
\( = \frac{1}{{{4^2}}} + \frac{1}{{{3^2}}} = \frac{{25}}{{144}}\).
Suy ra \(B{H^2} = \frac{{144}}{{25}}\).
Khi đó \(BH = \frac{{12}}{5}\) (cm).
⦁ \(\tan \widehat {BAC} = \frac{{BC}}{{AB}} = \frac{3}{4}\). Suy ra \(\widehat {BAC} \approx 36^\circ 52'\).
Vậy AC = 5 cm; \(BH = \frac{{12}}{5}\) cm và \(\widehat {BAC} \approx 36^\circ 52'\).
2) Ta có AB = CD (do ABCD là hình chữ nhật).
Tam giác ABE vuông tại A có AH là đường cao:
AB2 = BH.BE (Hệ thức lượng trong tam giác vuông).
Vậy BH.BE = CD2 (điều phải chứng minh).
3) Xét ∆BHC và ∆BFE, có:
\(\widehat {HBC}\) chung;
\(\widehat {BHC} = \widehat {BFE} = 90^\circ \).
Do đó (g.g).
Suy ra \(\frac{{BH}}{{BF}} = \frac{{BC}}{{BE}}\).
Xét ∆BHF và ∆BCE, có:
\(\widehat {HBC}\) chung;
\(\frac{{BH}}{{BC}} = \frac{{BF}}{{BE}}\) (do \(\frac{{BH}}{{BF}} = \frac{{BC}}{{BE}}\)).
Vậy (c.g.c).
4) Ta có CDEF là hình chữ nhật (do \(\widehat {CDE} = \widehat {DCF} = \widehat {CFE} = 90^\circ \)).
Suy ra EF = CD = AB = 4 (cm).
Vì \(\frac{{BH}}{{BF}} = \frac{{BC}}{{BE}}\) nên BC.BF = BH.BE = CD2 = AB2 = 16 (cm).
Suy ra \(BF = \frac{{16}}{{BC}} = \frac{{16}}{3}\) (cm).
Khi đó \({S_{\Delta BFE}} = \frac{1}{2}BF.EF = \frac{1}{2}.\frac{{16}}{3}.4 = \frac{{32}}{3}\) (cm2).
Tam giác BFE vuông tại F: BE2 = BF2 + EF2 (Định lí Pythagore).
Suy ra \[BE = \sqrt {B{F^2} + E{F^2}} = \sqrt {{{\left( {\frac{{16}}{3}} \right)}^2} + {4^2}} = \frac{{20}}{3}\] (cm).
Ta thấy tam giác BEF và tam giác BHF có chung đường cao hạ từ điểm F.
Suy ra \(\frac{{{S_{\Delta BHF}}}}{{{S_{\Delta BEF}}}} = \frac{{BH}}{{BE}} = \frac{{12}}{5}:\frac{{20}}{3} = \frac{9}{{25}}\).
Vậy \({S_{\Delta BHF}} = \frac{9}{{25}}.{S_{\Delta BEF}} = \frac{9}{{25}}.\frac{{32}}{3} = \frac{{96}}{{25}}\) (cm2).