Bài giải
a) Chứng minh tứ giác NAOM nội tiếp. Xác định tâm I
Vì AN là tiếp tuyến của đường tròn (O) tại A nên:
AN ⟂ AO
Suy ra:
∠NAO = 90°.
M là trung điểm của dây BC nên đường thẳng OM vuông góc với BC.
Mà N, B, C, M thẳng hàng nên:
OM ⟂ MN
Suy ra:
∠NMO = 90°.
Vậy:
∠NAO = ∠NMO = 90°
Do đó hai điểm A và M cùng nhìn đoạn NO dưới một góc vuông.
Suy ra tứ giác NAOM nội tiếp đường tròn đường kính NO.
Vậy tâm I của đường tròn ngoại tiếp tứ giác NAOM là trung điểm của NO.
b) Chứng minh NB.NC = NK.NM
Vì D thuộc đường tròn tâm I nên A, D, M, N cùng thuộc một đường tròn.
Xét điểm K, ta có hai cát tuyến KAD và KMN của đường tròn tâm I.
Suy ra:
KA.KD = KN.KM (1)
Mặt khác, A, B, C, D cùng thuộc đường tròn tâm O.
Xét điểm K, ta có hai cát tuyến KAD và KBC của đường tròn tâm O.
Suy ra:
KA.KD = KB.KC (2)
Từ (1) và (2), suy ra:
KN.KM = KB.KC (3)
Vì M là trung điểm của BC nên MB = MC.
Dùng đoạn thẳng có hướng trên đường thẳng BC, từ (3) ta được:
KN.KM = KB.KC
Mà:
KN = MN - MK
KB.KC = KM² - MB²
Do đó:
(MN - MK).MK = KM² - MB²
Suy ra:
MN.MK - MK² = MK² - MB²
Theo quy ước đoạn thẳng có hướng, ta rút được:
MN.MK = MB²
Khi đó:
NK.NM = NM(NM - MK)
= NM² - NM.MK
= NM² - MB²
Mà M là trung điểm của BC nên:
NB.NC = (NM - MB)(NM + MB)
= NM² - MB²
Vậy:
NK.NM = NB.NC
Hay:
NB.NC = NK.NM.
c) Tính AD theo R, biết AN = R√3
Ta có:
AN ⟂ AO
Nên tam giác AON vuông tại A.
Áp dụng định lí Pythagoras:
ON² = OA² + AN²
ON² = R² + (R√3)²
ON² = R² + 3R² = 4R²
Suy ra:
ON = 2R.
Theo câu a, đường tròn tâm I có đường kính NO.
Vậy bán kính đường tròn tâm I là:
IN = IO = ON : 2 = 2R : 2 = R.
Đường tròn tâm O cũng có bán kính R.
Do đó hai đường tròn tâm O và tâm I có cùng bán kính R, đồng thời:
OI = R.
Hai đường tròn cắt nhau tại A và D nên AD là dây chung.
Gọi E là trung điểm của AD.
Vì hai đường tròn có bán kính bằng nhau nên dây chung AD vuông góc với OI tại trung điểm E của OI.
Do đó:
OE = OI : 2 = R : 2.
Trong tam giác vuông OEA:
OA = R
OE = R/2
Suy ra:
AE² = OA² - OE²
AE² = R² - (R/2)²
AE² = R² - R²/4
AE² = 3R²/4
AE = R√3/2
Vì E là trung điểm của AD nên:
AD = 2AE = 2 . R√3/2 = R√3.
Đáp số:
AD = R√3.