Từ vị trí \(A\) ở phía trên một tòa nhà, bác Minh nhìn thấy vị trí \(C\) cao nhất của một tháp truyền hình, góc tạo bởi tia \(AC\) và tia \(AH\) theo phương nằm ngang là \(45^\circ \). Bác Minh cũng nhìn thấy chân tháp tại vị trí \(B\) mà góc tạo bởi tia \(AB\) và tia \(AH\) là \(28^\circ \), điểm \(H\) thuộc đoạn thẳng \(BC\) (\(AH \bot BC\)), \(BD = 128\,\,m\) (tham khảo hình vẽ). Tính chiều cao \(BC\) của tháp truyền hình theo đơn vị mét (kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).

 

a) Chứng minh tứ giác \(AMON\)là tứ giác nội tiếp.

Gọi \(G\) là trung điểm của \(AO.\)

Xét \(\left( O \right)\) có \(AM\) là tiếp tuyến tại \(M\) (GT) nên \(AM \bot OM\) tại \(M \Rightarrow \widehat {AMO} = 90^\circ \)

Suy ra \(\Delta AMO\) nội tiếp đường tròn tâm \(G\) đường kính \(AO\)

Suy ra \(A,M,O \in \left( {G;\frac{{AO}}{2}} \right)\,\,\left( 1 \right)\)

Xét \((O)\) có \(AN\) là tiếp tuyến tại \(N\) (GT) nên \(AN \bot ON\) tại \(N \Rightarrow \widehat {ANO} = 90^\circ \)

Suy ra  \(\Delta ANO\) nội tiếp đường tròn tâm \(G\) đường kính \(AO\)

Suy ra \(A,N,O \in \left( {G;\frac{{AO}}{2}} \right)\,\,\left( 2 \right)\)

Từ \((1)\) và \((2)\) suy ra \(A,M,N,O \in \left( {G;\frac{{AO}}{2}} \right)\)

Do đó tứ giác\(AMNO\) là tứ giác nội tiếp đường tròn tâm \(G\) đường kính \(AO\).

Vậy tứ giác\(AMNO\) là tứ giác nội tiếp đường tròn tâm \(G\) đường kính \(AO\).

b) Xét tam giác \(AMO\) vuông tại \(M\) có \(AM = \sqrt {O{A^2} - O{M^2}}  = \sqrt {{{\left( {3R} \right)}^2} - {R^2}}  = 2\sqrt 2 R.\)

Theo giả thiết \(AM,\,AN\) là tiếp tuyến của đường tròn \(\left( {O;\,R} \right)\) nên \(AO\) là đường trung trực của \(MN\). Do đó \(AO \bot MN\) tại \(H\).

 Vậy \[AH = \frac{8}{3}R.\]

c) Ta có \(OH = AO - AH = 3R - \frac{{8R}}{3} = \frac{R}{3}.\)

Xét tam giác \(AMH\) vuông tại \(H\) có \(MH = \sqrt {A{M^2} - A{H^2}}  = \sqrt {{{\left( {2\sqrt 2 R} \right)}^2} - {{\left( {\frac{{8R}}{3}} \right)}^2}}  = \frac{{2\sqrt 2 R}}{3}.\)  

Từ đó \(MN = 2MH = \frac{{4\sqrt 2 R}}{3}.\)

Ta có \({S_{\Delta AMN}} = \frac{1}{2}AH.MN = \frac{1}{2}.\frac{{8R}}{3}.\frac{{4\sqrt 2 R}}{3} = \frac{{16\sqrt 2 {R^2}}}{9}.\)

Hạ \(FI \bot MN\) tại \(I.\)ta có:

\({S_{AMFN}} = {S_{\Delta AMN}} + {S_{\Delta FMN}} = \frac{{16\sqrt 2 {R^2}}}{9} + \frac{1}{2}.MN.FI = \frac{{16\sqrt 2 {R^2}}}{9} + \frac{1}{2}.\frac{{4\sqrt 2 R}}{3}.FI\)

\( = \frac{{16\sqrt 2 {R^2}}}{9} + \frac{{2\sqrt 2 R}}{3}.FI\)

Do đó \({S_{AMFN}}\) lớn nhất khi\(FI\) lớn nhất.

Trong tam giác\(FIH\) vuông tại\(I\), ta có:  \(FI \le FH\)

mà \(FH \le OF + OH = R + \frac{R}{3} = \frac{{4R}}{3}\) nên \(FI \le \frac{{4R}}{3}.\)

Từ đó \(FI\) lớn nhất bằng \(\frac{{4R}}{3}\) khi \(d\) đi qua tâm \(O\).

Vậy \({S_{AMFN}}\) đạt giá trị lớn nhất bằng \({S_{AMFN}} = \frac{{16\sqrt 2 {R^2}}}{9} + \frac{{2\sqrt 2 R}}{3}.\frac{{4R}}{3} = \frac{{8\sqrt 2 {R^2}}}{3}\) khi \(d\) đi qua tâm \(O\).

Parabol \(y = \left( {2m - 3} \right){x^2}\) \(\left( {m \ne \frac{3}{2}} \right)\)đi qua điểm \(A\left( { - 1;5} \right)\) khi và chỉ khi \(5 = \left( {2m - 3} \right){\left( { - 1} \right)^2}\)

\(5 = 2m - 3\)

\(m = 4\) (thỏa mãn điều kiện)

Vậy \(m = 4\) là giá trị cần tìm.