Cho tam giác \(ABC\) có ba góc nhọn nội tiếp đường tròn \(\left( O \right)\), \(AB < AC\). Kẻ \(AH\) vuông góc với \(BC\) tại \(H\) và đường kính \(AD\) của đường tròn \(\left( O \right)\). Kẻ \(CE\) vuông góc với \(AD\) tại \(E\). Gọi \(M\) là trung điểm của \(AC\).

            a) Chứng minh tứ giác \(AHEC\) nội tiếp.

            b) Gọi \(I\) là trung điểm của \(BC\). Chứng minh \(\widehat {CIE} = \widehat {COE}\) và tam giác \(HIE\) cân tại \(I\).

            c) Trong trường hợp \(BA < BD\), trên đoạn thẳng \(HM\) lấy điểm \(P\) sao cho \(\widehat {APB} = 90^\circ \). Chứng minh ba điểm \(O,\;P,\;B\) thẳng hàng.

a)\(\widehat {AHC} = 90^\circ \) nên điểm \(H\) thuộc đường tròn đường kính \(AC\).

\(\widehat {AEC} = 90^\circ \) nên điểm \(E\) thuộc đường tròn đường kính \(AC\).

Do đó tứ giác \(AHEC\) nội tiếp đường tròn đường kính \(AC\).

Gọi \(I\) là trung điểm của \(BC\). Chứng minh \(\widehat {CIE} = \widehat {COE}\) và tam giác \(HIE\) cân tại \(I\).

* Chứng minh \(\widehat {CIE} = \widehat {COE}\)

Tam giác \(OBC\) cân tại \(O\) \(\left( {OB = OC = R} \right)\), có \(OI\) là đường trung tuyến (\(I\) là trung điểm của \(BC\)) nên \(OI\) cũng là đường cao hay \(OI \bot BC\), syu ra \(\widehat {OIC} = 90^\circ \) do đó điểm \(I\) thuộc đường tròn đường kính \(OC\).

b) \(\widehat {OEC} = 90^\circ \) do đó điểm \(E\) thuộc đường tròn đường kính \(OC\).

Vậy tứ giác \(OIEC\) nội tiếp đường tròn đường kính \(OC\), suy ra \(\widehat {CIE} = \widehat {COE}\).

* Chứng minh tam giác \(HIE\) cân tại \(I\).

Ta có:

\(\widehat {CIE} = \widehat {IHE} + \widehat {IEH}\)

\(\widehat {COE} = 2\widehat {CAE} = 2\widehat {CHE}\)

Theo chứng minh trên \(\widehat {CIE} = \widehat {COE}\) nên \(\widehat {IHE} + \widehat {IEH} = 2\widehat {CHE}\) suy ra \(\widehat {IEH} = \widehat {IHE}\) do đó tam giác \(HIE\) cân tại \(I\).

c) Trong trường hợp \(BA < BD\), trên đoạn thẳng \(HM\) lấy điểm \(P\) sao cho \(\widehat {APB} = 90^\circ \). Chứng minh ba điểm \(O,\;P,\;B\) thẳng hàng.

Tam giác \(OAB\) cân tại \(O\) nên \(\widehat {OBA} = \widehat {OAB}\)

Ta có \(\widehat {BOA} = 2\widehat {BCA}\) suy ra \(180^\circ  - \left( {\widehat {OBA} + \widehat {OAB}} \right) = 2\widehat {BCA}\)

Hay \(180^\circ  - 2\widehat {OBA} = 2\widehat {BCA}\) nên \(\widehat {OBA} + \widehat {BCA} = 90^\circ \) \(\left( 1 \right)\)

Mà \(\widehat {HAC} + \widehat {HCA} = 90^\circ \;\left( 2 \right)\)

Từ \(\left( 1 \right)\) và \(\left( 2 \right)\) ta có \(\widehat {HAC} + \widehat {HCA} = \widehat {OBA} + \widehat {BCA}\)

nên \(\widehat {HAC} = \widehat {OBA}\;\left( 3 \right)\)

Tam giác \(AHC\) vuông tại \(H\), \(M\) là trung điểm \(AC\) nên \(MA = MH\) do đó tam giác \(MAH\) cân tại \(M\) nên \(\widehat {MAH} = \widehat {MHA}\;\left( 4 \right)\)

Từ \(\left( 3 \right)\) và \(\left( 4 \right)\) ta có \(\widehat {OBA} = \widehat {MHA}\) \(\left( * \right)\)

Tứ giác \(ABHP\) nội tiếp đường tròn đường kính \(AB\) nên \(\widehat {ABP} = \widehat {AHP}\) \(\left( {**} \right)\)

Từ \(\left( * \right),\;\left( {**} \right)\) ta có \(\widehat {ABO} = \widehat {ABP}\) nên hai tia \(BP,\;BO\) trùng nhau, do đó \(3\) điểm \(O,\;P,\;B\) thẳng hàng