Question

[Nguyễn Tri Nhân]

Cho tam giác ABC, về phía ngoài tam giác, dựng các tam giác đều ABF; ACD; BCE. Chứng minh rằng AE; BD; CF đồng quy.

Answer 1

[Lê Song Phương]

Không vẽ hình vì sợ duyệt

Gọi I là giao điểm của BD và CF, ta cần chứng minh AE đi qua I.

\(\Delta ABF\)và \(\Delta ACD\)đều nên \(AB=AF,AD=AC\)và \(\widehat{BAF}=\widehat{DAC}=60^0\)

\(\Rightarrow\widehat{BAF}+\widehat{BAC}=\widehat{DAC}+\widehat{BAC}\)\(\Rightarrow\widehat{BAD}=\widehat{FAC}\)

Xét \(\Delta ABD\)và \(\Delta AFC\)ta có: \(AB=AF\left(cmt\right);\widehat{BAD}=\widehat{CAF}\left(cmt\right);AD=AC\left(cmt\right)\)

\(\Rightarrow\Delta ABD=\Delta AFC\left(c.g.c\right)\)\(\Rightarrow\hept{\begin{cases}\widehat{ABD}=\widehat{AFC}\\\widehat{ADB}=\widehat{ACF}\end{cases}}\)

Do B, I, D thẳng hàng và C, I ,F thẳng hàng nên ta có \(\hept{\begin{cases}\widehat{ABI}=\widehat{AFI}\\\widehat{ADI}=\widehat{ACI}\end{cases}}\)và từ đó ta có các tứ giác IAFB và IADC nội tiếp.

\(\Rightarrow\hept{\begin{cases}\widehat{AIB}+\widehat{AFB}=180^0\\\widehat{AIC}+\widehat{ADC}=180^0\end{cases}}\Rightarrow\hept{\begin{cases}\widehat{AIB}=180^0-\widehat{AFB}\\\widehat{AIC}=180^0-\widehat{ADC}\end{cases}}\)

Do các tam giác ABF và ACD đều nên \(\widehat{AFB}=\widehat{ADC}=60^0\), từ đó dễ dàng tính được \(\widehat{AIB}=\widehat{AIC}=120^0\)

Mà \(\widehat{AIB}+\widehat{AIC}+\widehat{BIC}=360^0\)nên ta cũng dễ dàng tính ra \(\widehat{BIC}=120^0\)

Mặt khác tam giác BCE đều nên \(\widehat{BEC}=60^0\)

Tứ giác IBEC có \(\widehat{BIC}+\widehat{BEC}=60^0+120^0=180^0\)nên tứ giác IBEC nội tiếp

\(\Rightarrow\widehat{BIE}=\widehat{BCE}\), lại có \(\widehat{BCE}=60^0\)do tam giác BCE đều nên \(\widehat{BIE}=60^0\)

Ta có \(\widehat{AIE}=\widehat{AIB}+\widehat{BIE}=120^0+60^0=180^0\)nên I thuộc AE hay AE đi qua I

Mà I chính là giao điểm của BD, CF

\(\Rightarrow\)AE, BD, CF đồng quy.