Cho nửa đường tròn tâm O đường kính AB. Ax là tia tiếp tuyến của nửa đường tròn (Ax và nửa đường tròn cùng thuộc một nửa mặt phẳng bờ AB), từ điểm C trên nửa đường tròn (C ≠ A, B) vẽ tiếp tuyến CM cắt Ax tại M, hạ CH vuông góc với AB tại H, MB cắt (O) tại Q và cắt CH tại N.

a) Chứng minh MA² = MQ.MB.

b) MO cắt AC tại I. Chứng minh tứ giác AIQM nội tiếp.

c) Chứng minh: IN ⊥ CH.

Lời giải:

a) ∆AQB nội tiếp đường tròn (O)

\( \Rightarrow \widehat {AQB} = 90^\circ \) (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).

⇒ AQ ⊥ QB hay AQ ⊥ BM.

∆ABM vuông tại A (do Ax là tiếp tuyến của (O) nên Ax ⊥ AB) có AQ ⊥ BM, ta áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông suy ra: MA² = MQ . MB (đpcm).

b) ∆ACB nội tiếp đường tròn (O)

\( \Rightarrow \widehat {ACB} = 90^\circ \) (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).

⇒ AC ⊥ CB. (1)

Ta có: OA = OC (Bán kính của đường tròn tâm O)

Và MA = MC (Hai tiếp tuyến MA, MC cắt nhau tại M)

Suy ra MO là đường trung trực của đoạn thẳng AC.

⇒ MO ⊥ AC. (2)

Từ (1) và (2) suy ra BC // OM (cùng vuông góc với AC).

\( \Rightarrow \widehat {OMB} = \widehat {MBC}\) (so le trong).

Hay \(\widehat {IMQ} = \widehat {MBC}\). (3)

Mặt khác: \(\widehat {QAI} = \widehat {MBC}\) (Hai góc nội tiếp đường tròn (O) cùng chắn cung QC). (4)

Từ (3) và (4), suy ra \(\widehat {IMQ} = \widehat {QAI}\).

Do M và A cùng nhìn QI cố định dưới hai góc bằng nhau nên tứ giác AIQM nội tiếp.

c) Do tứ giác AIQM nội tiếp nên suy ra:

\(\widehat {AMI} = \widehat {AQI}\) (Hai góc nội tiếp đường tròn cùng chắn cung AI) (5)

Ta có: \(\widehat {IQN} = \widehat {AQB} - \widehat {AQI} = 90^\circ - \widehat {AQI}\) (6).

Xét tam giác AIM vuông tại I có \(\widehat {AMI} + \widehat {MAI} = 90^\circ \).

Và \(\widehat {MAI} + \widehat {IAO} = \widehat {MAO} = 90^\circ \).

Suy ra \(\widehat {AMI} = \widehat {IAO}\) (Hai góc cùng phụ với \(\widehat {MAI}\)) (7)

Xét tam giác CAH vuông tại H có:

\(\widehat {CAH} + \widehat {ACH} = 90^\circ \Rightarrow \widehat {ACH} = 90^\circ - \widehat {CAH}\)

Hay \(\widehat {ICN} = 90^\circ - \widehat {IAO}\) (8).

Từ (5), (6), (7) và (8), suy ra \(\widehat {IQN} = \widehat {ICN}\).

Do Q và C cùng nhìn IN cố định dưới hai góc bằng nhau nên tứ giác IQCN nội tiếp.

\( \Rightarrow \widehat {CIN} = \widehat {CQN}\) (Hai góc nội tiếp đường tròn cùng chắn cung CN) (*)

Mà \(\widehat {CAB} = \widehat {CQB}\) (Hai góc nội tiếp đường tròn (O) cùng chắn cung CB) (**)

Từ (*) và (**) suy ra \(\widehat {CIN} = \widehat {CAH}\).

Suy ra IN // AH (Có hai góc ở vị trí đồng vị bằng nhau)

Mà AH ⊥ CH nên suy ra IN ⊥ CH.