Đặt \(w=y-1+yi,y\in R\)

Là đủ nếu chứng minh được, tồn tại số thực duy nhất x sao cho 

\(\left(x-1\right)^2+x^2\le\left(y-1\right)^2+y^2\) với mọi \(y\in R\)

Nói cách khác, x là điểm cực tiểu hàm số :

\(f:R\rightarrow R,f\left(y\right)=\left(y-1\right)^2+y^2=2y^2-2y+1=2\left(y-\frac{1}{2}\right)^2+\frac{1}{2}\)

Do đó, điểm cực tiểu là 

\(x=\frac{1}{2}\Rightarrow z=-\frac{1}{2}+\frac{1}{2}i\)

Đặt \(t=\left|1+z\right|\in\left[0,2\right]\) 

\(t^2=\left(1+z\right)\left(1+\overline{z}\right)=2+2Re\left(z\right)\) 

\(\Rightarrow Re\left(z\right)=\frac{t^2-2}{2}\)

Khi đó \(\left|1-z+z^2\right|=\sqrt{\left|7-2t^2\right|}\)

Xét hàm số :

\(f:\left[0;2\right]\) -> \(R,f\left(t\right)=t+\sqrt{\left|7-2t^2\right|}\)

Ta được :

\(f\left(\sqrt{\frac{7}{2}}\right)=\sqrt{\frac{7}{2}}\le t+\sqrt{\left|7-2t^2\right|}\le f\left(\sqrt{\frac{7}{2}}\right)=\sqrt[3]{\frac{7}{6}}\)

Phản chứng

\(\left|z+1\right|\ge\frac{1}{\sqrt{2}}\)  hoặc \(\left|z^2+1\right|<1\)

Đặt z=a+bi => \(z^2=a^2-b^2+2abi\)

                        \(\left(1+a^2-b^2\right)^2+4a^2b^2<1\) ; \(\left(1+a\right)^2+b^2<\frac{1}{2}\)

                        \(\Rightarrow\left(a^2+b^2\right)^2+2\left(a^2+b^2\right)<0\) ; \(2\left(a^2+b^2\right)+4a+1<0\)

Cộng các bất đẳng thức ta được

\(\left(a^2+b^2\right)^2+\left(2a+1\right)^2<0\)

=> Mâu thuẫn => Điều cần chứng minh

Từ giả thiết suy ra với mọi điểm O đều có :

\(\overrightarrow{OP}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}\right)\), \(\overrightarrow{ON}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OE}\right)\Rightarrow\overrightarrow{OI}=\frac{1}{4}\left(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OE}\right)\)

\(\overrightarrow{OM}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}\right)\), \(\overrightarrow{OQ}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}\right)\Rightarrow\overrightarrow{OJ}=\frac{1}{4}\left(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}\right)\)

Từ đó suy ra \(\overrightarrow{JI}=\frac{1}{4}\left(\overrightarrow{OC}-\overrightarrow{OD}\right)\Rightarrow\) IJ // CD => Điều phải chứng minh

Cần chứng minh 

\(\overrightarrow{A_1B_1}=\overrightarrow{E_1D_1}\), \(_{ }\overrightarrow{B_1C_1}=\overrightarrow{F_1E_1}\), \(\overrightarrow{C_1D_1}=\overrightarrow{A_1F_1}\)

Ta có :

\(\overrightarrow{OA_1}=\frac{\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}}{3}\) ; \(\overrightarrow{OD_1}=\frac{\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}}{3}\) 

\(\overrightarrow{OB_1}=\frac{\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}}{3}\) ; \(\overrightarrow{OE_1}=\frac{\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}+\overrightarrow{OA}}{3}\)

Từ đó suy ra :

\(\overrightarrow{A_1B_1}+\overrightarrow{OD_1}=\frac{\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}}{3}=\overrightarrow{0B_1}+\overrightarrow{OE_1}\)

và do đó 

\(\overrightarrow{A_1B_1}=\overrightarrow{E_1D_1}\)

Tương tự ta cũng có \(\overrightarrow{B_1C_1}=\overrightarrow{F_1E_1}\) ,\(\overrightarrow{C_1D_1}=\overrightarrow{A_1F_1}\) => Điều phải chứng minh

Đặt \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{a}\) , \(\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{b}\) và \(\overrightarrow{AA'}=\overrightarrow{c}\) khi đó

\(\overrightarrow{AM}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BM}=\overrightarrow{a}+\frac{1}{2}.\overrightarrow{c}\)

\(\overrightarrow{AN}=\overrightarrow{AA'}+\overrightarrow{A'N}=\frac{1}{2}.\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}\)

\(\overrightarrow{AP}=\overrightarrow{AB}'+\overrightarrow{B'P}=\frac{2}{3}\overrightarrow{a}+\frac{1}{3}.\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}\)

Do \(c\frac{2}{3}.\overrightarrow{a}+\frac{1}{3}.\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}=\frac{2}{3}\left(\overrightarrow{a}+\frac{1}{2}.\overrightarrow{c}\right)+\frac{2}{3}\left(\frac{1}{2}.\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}\right)\)

Nên \(3\overrightarrow{AP}=2\overrightarrow{AM}+2\overrightarrow{AN}\)

Suy ra A, M, N, P đồng phẳng

Gọi D là đỉnh thức tư của hình bình hành ABDC. Khi đó, O, M, D thẳng hàng.

Do giả thiết nên DB//MP, DC//MN. Từ đó, do O, M, D thẳng hàng, nên góc PMO = góc OMN <=> OM là phân giác góc PMN <=> DM là phân giác góc BDC

\(\Leftrightarrow\frac{MB}{MC}=\frac{DB}{DC}\)

Nhưng tứ  giác ABDC là một hình bình hành nên BD = AC, CD = AB

do đó : \(\frac{DB}{DC}=\frac{AC}{AB}\)

Vì vậy :

góc PMO bằng góc OMN   \(\Leftrightarrow\frac{MB}{MC}=\frac{AC}{AB}\)

Vậy với M là điểm trên cạnh BC sao cho \(\frac{MB}{MC}=\frac{AC}{AB}\)  (hay M đối xứng với chân phân giác trong góc BAC qua trung điểm cạnh BC) thì góc PMO bằng góc OMN => Điều cần chứng minh

Ta có \(\frac{MA}{MB}=k\Leftrightarrow MA^2=k^2MB^2\Leftrightarrow\overrightarrow{MA^2}=k^2\overrightarrow{MB^2}\)

                       \(\Leftrightarrow\left(\overrightarrow{MA}-k\overrightarrow{MB}\right)\left(\overrightarrow{MA}+k\overrightarrow{MB}\right)=0\)

Gọi P, Q là các điểm thỏa mãn \(\overrightarrow{PA}.\overrightarrow{MQ}=0\Leftrightarrow MP\perp MQ\)

Từ đó suy ra tập hợp tất cả các điểm M cần tìm là đường tròn đường kính PQ

* Với k=1,quỹ tích cần tìm là đường trung trực (tương ứng mặt phẳng trung trực, với bài toàn trong không gian) của đoạn thẳng AB

* Đường tròn tìm được trong bài trên được gọi là đường tròn Apolonius

* Với bài toàn ở trong không gian, tương tự như vậy, ta cũng thu được quỹ tích là mặt cầu đường kính PQ, và mặt cầu đó cũng được gọi là mặt cầu Apolpnius