Math Labs

Bài 3

Cho ABCABC là một tam giác nhọn với AB>ACAB>AC. Gọi Γ\Gamma là đường tròn ngoại tiếp của nó, HH là trực tâm, và FF là chân đường cao từ AA. Gọi MM là trung điểm của BCBC. Gọi QQ là điểm trên Γ\Gamma sao cho ∠HQA=90∘\angle HQA=90^\circ, và gọi KK là điểm trên Γ\Gamma sao cho ∠HKQ=90∘\angle HKQ=90^\circ. Giả sử rằng các điểm AA, BB, CC, KK, QQ đều phân biệt và nằm trên Γ\Gamma theo thứ tự này. Chứng minh rằng đường tròn ngoại tiếp của các tam giác KQHKQH và FKMFKM tiếp xúc với nhau.
Bước 1 trên 4: Thiết lập phép nghịch đảo tâm HH
Hiểu nôm na

Phép nghịch đảo âm tâm trực tâm, biến đường tròn ngoại tiếp thành đường tròn chín điểm, là công cụ kinh điển cho các cấu hình trực tâm.

ι: A↦F, Q↦M, K↦L\iota:\ A\mapsto F,\ Q\mapsto M,\ K\mapsto L
Phân tích chi tiết

Gọi LL là điểm trên đường tròn chín điểm sao cho ∠HML=90∘\angle HML=90^\circ. Phép nghịch đảo âm ι\iota tâm HH biến đổi Γ\Gamma thành đường tròn chín điểm, gửi A↦FA\mapsto F (cả hai đều là các điểm liên quan đến chân đường cao trên các đường tròn tương ứng đi qua HH), Q↦MQ\mapsto M (dùng ∠HQA=90∘\angle HQA=90^\circ và sự tương ứng kiểu ∠HMA\angle HMA trên đường tròn chín điểm), và K↦LK\mapsto L. Vì phép nghịch đảo bảo toàn tính tiếp xúc của các đường tròn đi qua tâm, còn (KQH)(KQH) đi qua tâm nghịch đảo HH, việc chứng minh (KQH)(KQH) tiếp xúc với (FKM)(FKM) tương đương với việc chứng minh đường thẳng MLML (ảnh nghịch đảo của đường tròn (KQH)(KQH), vì đường tròn đi qua tâm biến thành đường thẳng) tiếp xúc với ảnh nghịch đảo của (FKM)(FKM), tức là đường tròn (AQL)(AQL).