Ta giải bằng tọa độ để lời giải ngắn và chặt.
Bài giải
Vì các phép đồng dạng bảo toàn tính thẳng hàng nên ta có thể giả sử đường tròn (O) là đường tròn đơn vị:
x² + y² = 1
Đặt
O(0,0), OA trùng với trục Ox.
Gọi
A(a,0) với a > 1.
Do AB, AC là hai tiếp tuyến từ A đến đường tròn nên dây tiếp điểm BC là đường cực của A đối với đường tròn đơn vị. Ta tìm được phương trình BC như sau:
Gọi B(x0,y0) là tiếp điểm. Khi đó tiếp tuyến tại B có phương trình
x0x + y0y = 1
Vì A(a,0) nằm trên tiếp tuyến ấy nên
ax0 = 1
suy ra
x0 = 1/a
Đặt
u = 1/a, v = √(1 - u²)
thì có thể viết
B(u,v), C(u,-v)
Do H là giao điểm của AO với BC nên
H(u,0)
Vì BD là đường kính nên
D(-u,-v)
M là trung điểm của AH, mà
A(1/u,0), H(u,0)
nên
M((1/u + u)/2, 0)
= ((1 + u²)/(2u), 0)
Bây giờ xét đường thẳng BM.
Ta tham số hóa điểm bất kỳ trên BM:
P = B + t(M - B)
Khi đó
x = u + t((1 + u²)/(2u) - u)
= u + t(1 - u²)/(2u)
y = v + t(0 - v)
= v(1 - t)
Vì N là giao điểm thứ hai của BM với đường tròn nên N thuộc đường tròn:
x² + y² = 1
Thế vào:
[u + t(1 - u²)/(2u)]² + v²(1 - t)² = 1
Mà v² = 1 - u², sau khi rút gọn được:
t( - (1 - u²) + t[(1 - u²) + (1 - u²)²/(4u²)] ) = 0
Một nghiệm là t = 0 ứng với điểm B.
Nghiệm còn lại ứng với điểm N là:
t = 4u² / (1 + 3u²)
Suy ra tọa độ N là
xN = u + (4u²/(1 + 3u²)) . (1 - u²)/(2u)
= u + 2u(1 - u²)/(1 + 3u²)
yN = v(1 - 4u²/(1 + 3u²))
= v(1 - u²)/(1 + 3u²)
Bây giờ xét đường thẳng HD.
Ta có
H(u,0), D(-u,-v)
nên hệ số góc của HD là
kHD = (-v - 0)/(-u - u) = v/(2u)
Vậy phương trình HD là
y = v/(2u) (x - u)
Kiểm tra N có thuộc HD không:
xN - u = 2u(1 - u²)/(1 + 3u²)
nên
v/(2u) (xN - u)
= v/(2u) . 2u(1 - u²)/(1 + 3u²)
= v(1 - u²)/(1 + 3u²)
= yN
Suy ra N thuộc HD.
Vậy D, H, N thẳng hàng.
Đpcm.
Kết luận:
D, H, N thẳng hàng.