Cho tam giác ABC gọi G, H, O lần lượt là trọng tâm, trực tâm, tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. gọi D là điểm đối xứng của A qua A và M là trung điểm của cạnh BC
a) Chứng minh vecto HB +vecto HC = vecto HD
b) Chứng minh vecto HA + vecto HB +vecto HC = 2 vecto HO
c) Chứng minh: vecto HA – vecto HB – vectoHC = 2 vecto OA
d) Chứng minh: vecto OA + vecto OB + vecto OC = vecto OH
e) Chứng minh: vecto OH = 3 vectoOG
f) Chứng minh: vecto AH = 2 vecto OM
Ta có: $D$ đối xứng $A$ qua $O$
$\Rightarrow \overrightarrow{AO} = \overrightarrow{OD}$
$\Rightarrow AD$ là đường kính
$\Rightarrow \widehat{ACD} = \widehat{ABD} = 90^o$ (nhìn đường kính $AD$)
$\Rightarrow CD\perp AC; \, BD\perp AB$
mà $BH\perp AC; \, CH\perp AB$
nên $BH//CD; \, CH//BD$
$\Rightarrow BHCD$ là hình bình hành
$\Rightarrow \overrightarrow{HB} + \overrightarrow{HC} = \overrightarrow{HD}$
Bên cạnh đó: $M$ là trung điểm đường chéo $BC$
$\Rightarrow M$ là trung điểm đường chéo $HD$
$\Rightarrow H,M,D$ thẳng hàng
$\Rightarrow HM = MD = \dfrac{1}{2}HD$
Xét $ΔAHD$ có:
$OA = OD = R$
$HM = HD \, (cmt)$
$\Rightarrow OM$ là đường trung bình
$\Rightarrow AH = 2OM$
$\Rightarrow \overrightarrow{AH} = 2\overrightarrow{OM}$
Xét $ΔAHG$ và $ΔMOG$ có:
$\widehat{HAG} = \widehat{OMG}$ (so le trong)
$\dfrac{AH}{OM} = \dfrac{AG}{GM} = 2$
Do đó $ΔAHG \sim ΔMOG \, (c.g.c)$
$\Rightarrow \widehat{AGH} = \widehat{MGO}$
mà $A, G, M$ thẳng hàng
nên $H,G,O$ thẳng hàng
Ta lại có: $\dfrac{HG}{OG} = \dfrac{AH}{OM} = 2$
$\Rightarrow HG = 2OG$
$\Rightarrow OH = 3OG$
$\Rightarrow \overrightarrow{OH} = 3\overrightarrow{OG}$
Áp dụng các đẳng thức về vector vừa chứng minh, ta được:
$+) \quad \overrightarrow{HA} + \overrightarrow{HB} + \overrightarrow{HC}$
$= \overrightarrow{HA} + \overrightarrow{HD}$
$= \overrightarrow{HO} + \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{HO} + \overrightarrow{OD}$
$ =2\overrightarrow{HO} + \overrightarrow{OD} – \overrightarrow{AO}$
$= 2\overrightarrow{HO} + \overrightarrow{0}$
$=2\overrightarrow{HO}$
$+) \quad \overrightarrow{HA} – \overrightarrow{HB} – \overrightarrow{HC}$
$= \overrightarrow{HA} – (\overrightarrow{HB} + \overrightarrow{HC})$
$= \overrightarrow{HA} – \overrightarrow{HD}$
$= \overrightarrow{HO} + \overrightarrow{OA} – (\overrightarrow{HO} + \overrightarrow{OD})$
$= \overrightarrow{OA}- \overrightarrow{OD}$
$= \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{DO}$
$= 2\overrightarrow{OA}$
$+) \quad \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC}$
$= \overrightarrow{OH} + \overrightarrow{HA} + \overrightarrow{OH} + \overrightarrow{HB} + \overrightarrow{OH} + \overrightarrow{HC}$
$= 3\overrightarrow{OH} + (\overrightarrow{HA} + \overrightarrow{HB} + \overrightarrow{HC})$
$= 3\overrightarrow{OH} + 2\overrightarrow{HO}$
$= \overrightarrow{OH}$