Cho hình bình hành ABCD. Trên đường chéo BD lấy hai điểm M và N sao cho$\text{BM}=\text{DN}=\frac{1}{3}\text{BD}$.

a) Chứng minh ∆AMB = ∆CND.

b) Chứng minh rằng tứ giác AMCN là hình bình hành.

c) Gọi O là giao điểm của AC và BD, I là giao điểm của AM và BC. Chứng minh rằng AM = 2MI.

d) Gọi K là giao điểm của CN và AD. Chứng minh I và K đối xứng với nhau qua O.

a) Do ABCD là hình bình hành nên AB // CD

Suy ra $\widehat{\text{ABD}}=\widehat{\text{CDB}}$ (hai góc so le trong) hay $\widehat{\text{ABH}}=\widehat{\text{CDK}}$.

Xét ∆AHB vuông tại H và ∆CKD vuông tại K, ta có:

AB = CD (do ABCD là hình bình hành); $\widehat{\text{ABH}}=\widehat{\text{CDK}}$ (chứng minh trên).

Suy ra ∆AHB  = ∆CKD (cạnh huyền – góc nhọn)

Do đó AH = CK (hai cạnh tương ứng)

Ta có: AH ⊥ BD, CK ⊥ BD suy ra AH // CK.

Tứ giác AHCK có: AH // CK, AH = CK nên là hình bình hành.

b) Vì AHCK là hình bình hành nên AK // CH, hay AM // CN. (1)

Hơn nữa, ABCD là hình bình hành và N ∈ AD, M ∈ BC nên AN // CM. (2)

Từ (1) và (2) suy ra ANCM là hình bình hành.

Vậy AN = CM.

c) Tứ giác AHCK là hình bình hành có hai đường chéo AC, HK cắt nhau tại trung điểm

O của HK nên O cũng là trung điểm của AC.

Tứ giác ANCM là hình bình hành có hai đường chéo AC, NM cắt nhau tại trung điểm

O của AC nên O cũng là trung điểm của MN.

Vậy M, O, N thẳng hàng.

Do ABCD là hình bình hành nên AB // CD, suy ra $\widehat{\text{ODN}}=\widehat{\text{OBM}}$ (hai góc so le trong);

OB = OD (tính chất đường chéo của hình bình hành);

Xét ∆DON và ∆BOM ta có:

$\widehat{\text{ODN}}=\widehat{\text{OBM}}$;

OD = OB;

$\widehat{O_1}=\widehat{O_2}$ (hai góc đối đỉnh).

Suy ra ∆DON = ∆BOM (g.c.g).

Do đó OM = ON (hai cạnh tương ứng)

Vậy O là trung điểm của MN.