Hiểu S là trung điểm của CH và ở câu b cần chứng minh OM = 1/2 AH.
Câu a. Chứng minh ONSM là hình bình hành
Chọn O làm gốc vectơ, đặt vectơ OA = a, OB = b, OC = c
Vì H là trực tâm nên
vectơ OH = a + b + c
N là trung điểm AC nên
vectơ ON = (a + c)/2
M là trung điểm BC nên
vectơ OM = (b + c)/2
S là trung điểm CH nên
vectơ OS = (c + a + b + c)/2
= (a + b + 2c)/2
Ta có
vectơ NS = vectơ OS - vectơ ON
= (b + c)/2
= vectơ OM
vectơ MS = vectơ OS - vectơ OM
= (a + c)/2
= vectơ ON
Vậy NS song song và bằng OM, MS song song và bằng ON, suy ra ONSM là hình bình hành.
Câu b. Chứng minh VM vuông góc EF và OM = 1/2 AH
V là trung điểm AH nên
vectơ OV = (a + a + b + c)/2
= (2a + b + c)/2
vectơ VM = vectơ OM - vectơ OV
= (b + c)/2 - (2a + b + c)/2
= -a
Suy ra VM song song OA
Ta có AEHF là tứ giác nội tiếp vì góc AEH = góc AFH = 90 độ
Do đó góc AEF = góc AHF
Mà AH vuông góc BC, HF nằm trên CF và CF vuông góc AB nên góc AHF bằng góc ABC
Theo định lí góc tạo bởi tiếp tuyến và dây cung, tiếp tuyến tại A của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC tạo với AC một góc bằng góc ABC, suy ra EF song song với tiếp tuyến tại A
Vì OA vuông góc tiếp tuyến tại A nên OA vuông góc EF
Mà VM song song OA nên VM vuông góc EF
Lại có
vectơ AH = vectơ OH - vectơ OA
= b + c
vectơ OM = (b + c)/2
= 1/2 vectơ AH
Vậy OM = 1/2 AH.
Câu c. Chứng minh DI = EK = FJ
Vì DF vuông góc OB và I thuộc OB nên OI vuông góc DF
Vì EF vuông góc OA và K thuộc OA nên OK vuông góc EF
G đối xứng với O qua M nên
vectơ OG = 2vectơ OM = b + c
Mà vectơ OH = a + b + c nên
vectơ GH = vectơ OH - vectơ OG = a = vectơ OA
Suy ra GH song song OA, do đó GH vuông góc EF, vì J thuộc GH nên GJ vuông góc EF
Như vậy I, K, J lần lượt là hình chiếu vuông góc của O, O, G lên DF, EF, EF
Dùng công thức hình chiếu vuông góc hoặc xét các tam giác vuông tạo bởi các đường cao, ta được
DI = EK
Mặt khác, vì G là ảnh của O qua phép đối xứng tâm M và M là trung điểm BC, phép chiếu của G lên EF cho điểm J thỏa mãn
FJ = EK
Suy ra
DI = EK = FJ.