Cho tam giác ABC cân tại A, có O, I lần lượt là tâm các đường tròn ngoại tiếp và đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

a) Chứng minh rằng:

– Ba điểm A, O, I cùng thuộc một đường thẳng;

– Đường thẳng OA vuông góc với BC và đi qua điểm chính giữa D (khác điểm A) của cung BC.

b) Cho BC = 24 cm, AC = 20 cm. Tính độ dài bán kính R của đường tròn ngoại tiếp và bán kính r của đường tròn nội tiếp tam giác ABC.

a) ⦁ Vì tam giác ABC cân tại A nên đường trung trực AO của cạnh BC (do O là tâm đường tròn ngoại tiếp ∆ABC) đồng thời là đường phân giác của góc BAC.

Mà AI là đường phân giác của góc BAC (do I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC).

Suy ra hai đường thẳng AO và AI trùng nhau hay ba điểm A, O, I cùng thuộc một đường thẳng.

⦁ Do OA là đường trung trực của BC nên OA ⊥ BC.

Ta có $\widehat{BAI}=\widehat{CAI}$  (do AI là đường phân giác của góc BAC) hay $\widehat{BAO}=\widehat{CAO}$  

Gọi D là giao điểm của AO với đường tròn (O) (khác điểm A) nên $\widehat{BAD}=\widehat{CAD}$

Suy ra BD = CD.

Do đó đường thẳng OA đi qua điểm chính giữa D (khác điểm A) của cung BC.

b) ⦁ Gọi H là giao điểm của AD và BC. Do đó, AH ⊥ BC và H là trung điểm của BC.

Suy ra $HB=HC=\frac{1}{2}BC=\frac{1}{2}·24=12$ (cm).

Xét ∆ACH vuông tại H, theo định lí Pythagore, ta có:

AC² = AH² + HC²

Suy ra $AH=\sqrt{A{C}^2-H{C}^2}=\sqrt{{20}^2-{12}^2}=\sqrt{256}=16$ (cm).

Ta có AD là đường kính của đường tròn (O) ngoại tiếp tam giác ABC nên $\widehat{ACD}=90°$.

Xét ∆ACH và ∆ADC có:

 $\widehat{AHC}=\widehat{ACD}=90°$ và góc A chung

Do đó ∆ACH ᔕ ∆ADC (g.g)

Suy ra $\frac{AC}{AD}=\frac{AH}{AC}$ hay AC² = AH.AD.

Nên $AD=\frac{A{C}^2}{AH}=\frac{{20}^2}{16}=25$ (cm).

Do đó, bán kính đường tròn (O) đường kính AD ngoại tiếp ∆ABC là $R=\frac{AD}{2}=\frac{25}{2}=12,5$ (cm).

⦁ Do ∆ABC cân tại A nên AB = AC = 20 cm.

Do BI là phân giác của góc ABH nên $\frac{IH}{IA}=\frac{BH}{BA}=\frac{12}{20}=\frac{3}{5}$.

Ta có $\frac{IH}{IA}=\frac{3}{5}$ hay $\frac{IH}{IH+IA}=\frac{3}{3+5}$ (tính chất tỉ lệ thức) hay $\frac{IH}{AH}=\frac{3}{8}$

Tức là $\frac{r}{16}=\frac{3}{8}$.Vì vậy $r=\frac{16·3}{8}=6$ cm.

Vậy độ dài bán kính R của đường tròn ngoại tiếp và bán kính r của đường tròn nội tiếp tam giác ABC lần lượt là R = 12,5 cm và r = 6 cm.