Xét tứ giác ACDB có A,C,D,B cùng nằm trên (O)

nên ACDB là tứ giác nội tiếp

=>\(\widehat{CAB}+\widehat{CDB}=180^0\)

mà \(\widehat{CAB}+\widehat{MAC}=180^0\)(hai góc kề bù)

nên \(\widehat{MAC}=\widehat{CDB}=\widehat{MDB}\)

Xét tứ giác AEFB có A,E,F,B cùng nằm trên (O')

nên AEFB là tứ giác nội tiếp

=>\(\widehat{BAE}+\widehat{BFE}=180^0\)

mà \(\widehat{BAE}+\widehat{MAE}=180^0\)(hai góc kề bù)

nên \(\widehat{MAE}=\widehat{MFB}\)

Xét ΔMCA và ΔMBD có

\(\widehat{MAC}=\widehat{MDB}\)

\(\widehat{M}\) chung

Do đó: ΔMCA đồng dạng với ΔMBD

=>\(\dfrac{MC}{MB}=\dfrac{MA}{MD}\)

=>\(MC\cdot MD=MA\cdot MB\)(1)

Xét ΔMAE và ΔMFB có

\(\widehat{MAE}=\widehat{MFB}\)

\(\widehat{M}\) chung

Do đó: ΔMAE đồng dạng với ΔMFB

=>\(\dfrac{MA}{MF}=\dfrac{ME}{MB}\)

=>\(MA\cdot MB=MF\cdot ME\left(2\right)\)

Từ (1) và (2) suy ra \(MC\cdot MD=ME\cdot MF\)

=>\(\dfrac{MC}{MF}=\dfrac{ME}{MD}\)

Xét ΔMCE và ΔMFD có

\(\dfrac{MC}{MF}=\dfrac{ME}{MD}\)

\(\widehat{CME}\) chung

Do đó: ΔMCE đồng dạng với ΔMFD

=>\(\widehat{MCE}=\widehat{MFD}\)

mà \(\widehat{MCE}+\widehat{DCE}=180^0\)(hai góc kề bù)

nên \(\widehat{MFD}+\widehat{DCE}=180^0\)

=>CDFE là tứ giác nội tiếp

1. Để chứng minh cung DE có số đo không đổi, ta cần chứng minh góc \(\angle BOC\) có số đo không đổi. Thực vậy, theo tính chất hai tiếp tuyến cắt nhau,  OB và OC là phân giác ngoài của tam giác ABC. Ta có

 \(\angle BOC=180^{\circ}-\frac{\angle MBC}{2}-\frac{\angle NCB}{2}=\frac{\angle ABC}{2}+\frac{\angle ACB}{2}=90^{\circ}-\frac{\angle BAC}{2}=90^{\circ}-\frac{a}{2}\) 
Do đó góc \(\angle BOC\) có số đo không đổi. Suy ra cung DE có số đo không đổi. 

2.  Do CD vuông góc với AB nên BC,BD là đường kính của hai đường tròn (O) và (O'). Suy ra
 \(\angle CFB=\angle DEB=90^{\circ}\to\angle CFD=\angle CED=90^{\circ}.\)  Vậy tứ giác CDEF nội tiếp. Do đó \(\angle ECF=\angle EDF\to\angle FAB=\angle ECF=\angle EDF=\angle EDB\)
Vậy AB là phân giác của góc AEF.

3. Đề bài có chút nhầm lẫn, "kẻ \(IH\perp BC\) mới đúng. Do tam giác ABC nhọn và I nằm trong nên các điểm H,K,L nằm trên các cạnh của tam giác. Sử dụng bất đẳng thức \(a^2+b^2\ge\frac{1}{2}\left(a+b\right)^2,\) ta suy ra \(AL^2+BL^2\ge\frac{1}{2}\left(AL+BL\right)^2=\frac{1}{2}AB^2.\)  Tương tự ta cũng có \(BH^2+CH^2\ge\frac{1}{2}BC^2,KC^2+KA^2\ge\frac{1}{2}AC^2.\)  Mặt khác theo định lý Pitago

\(AL^2+BH^2+CK^2=\left(IA^2-IL^2\right)+\left(IB^2-IH^2\right)+\left(IC^2-IK^2\right)\)
\(=\left(IA^2-IK^2\right)+\left(IB^2-IL^2\right)+\left(IC^2-IH^2\right)\)
\(=BL^2+CH^2+AK^2.\)

Thành thử \(AL^2+BH^2+CK^2=\frac{\left(AL^2+BL^2\right)+\left(BH^2+CH^2\right)+\left(CK^2+AK^2\right)}{2}\ge\frac{AB^2+BC^2+CA^2}{2}.\)
Dấu bằng xảy ra khi \(AL=BL,BH=CH,CK=AK\Leftrightarrow I\)  là giao điểm ba đường trung trực.