..
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
ĐỖ HOÀNG SƠN
ĐỊNH LÝ CASEY VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
Thái Nguyên - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
ĐỖ HOÀNG SƠN
ĐỊNH LÝ CASEY VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
Chuyên ngành:
Phương pháp Toán sơ cấp
Mã số:
8460113
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TRỊNH THANH HẢI
Thái Nguyên - 2018
i
Mục lục
Mở đầu
ii
Chương 1. Một số kiến thức liên quan
4
1.1. Định lí Ptolemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2. Một số ứng dụng của Định lí Ptolemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3. Bất đẳng thức Ptolemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.1. Bất đẳng thức Ptolemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.2. Áp dụng Bất đẳng thức Ptolemy để thiết lập bất đẳng thức mới . . . . . . . . . . . 17
1.3.3. Một số bài toán đề nghị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Chương 2. Định lí Casey và ứng dụng
26
2.1. Định lí Casey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.1. Định lí Feuerbach : Một sự mở rộng của Định lí Ptolemy . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.2. Định lí Casey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2. Một số ứng dụng của Định lí Casey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3. Bất đẳng thức Casey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4. Một số bài toán đề nghị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Kết luận
53
Tài liệu tham khảo
54
ii
Mở đầu
Định lí Casey được đặt theo tên nhà toán học người Ireland John Casey, nó được coi như một mở rộng
của Định lí Ptolemy. Bài báo Luis González [3] đã giới thiệu về Định lí Casey như là một mở rộng của
Định lí Ptolemy. Tiếp theo, Kin-Yin Li [5] tiếp tục giới thiệu về định lí này và một số ứng dụng của nó.
Ở Việt Nam, Trần Quang Hùng đã công bố [4] về bất đẳng thức Casey.
Trong thời gian qua đã có một số đề thi học sinh giỏi trong nước và quốc tế được giải quyết trọn vẹn
trên cơ sở ứng dụng Định lí Casey. Với mong muốn trình bày lại một cách có hệ thống nội dung của hai
bài báo trên và giới thiệu thêm một số ứng dụng của Định lí Casey vào giải một số bài toán hình học dành
cho học sinh giỏi, chúng tôi đã chọn đề tài “Định lí Casey và ứng dụng” làm chủ đề cho luận văn thạc sĩ.
Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, được trình bày trong hai chương.
• Chương 1. Một số kiến thức liên quan.
• Chương 2. Định lí Casey và ứng dụng.
Luận văn này được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên và hoàn thành với sự
hướng dẫn của PGS.TS. Trịnh Thanh Hải (Giảng viên Trường ĐH Khoa học - Đại học Thái Nguyên).
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học của mình,
người đã đặt bài toán và tận tình hướng dẫn để luận văn này được hoàn thành.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, Ban
Chủ nhiệm Khoa Toán – Tin, cùng các giảng viên đã tham gia giảng dạy, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất
để tác giả học tập và nghiên cứu.
Tác giả xin cảm ơn tập thể lớp Cao học Toán khóa 10 (2016-2018) đã động viên và giúp đỡ tác giả rất
nhiều trong suốt quá trình học tập.
Tác giả muốn gửi những lời cảm ơn tốt đẹp đến các nhà khoa học trong hội đồng đánh giá luận văn,
đặc biệt là đến các phản biện của đề tài này. Những góp ý, thảo luận của họ đã giúp tác giả sửa chữa và
hoàn thiện luận văn này.
Nhân dịp này, tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Hải Phòng, Ban Giám hiệu
3
và các đồng nghiệp ở Trường THPT Phạm Ngũ Lão đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành tốt nhiệm
vụ học tập và công tác của mình.
Cuối cùng, tác giả muốn dành những lời cảm ơn đặc biệt nhất đến đại gia đình vì những động viên và
chia sẻ những khó khăn để tác giả hoàn thành luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 11 năm 2018
Tác giả
Đỗ Hoàng Sơn
4
Chương 1
Một số kiến thức liên quan
Trong chương này chúng tôi sẽ trình bày về Định lí Ptolemy cùng các ví dụ
minh họa việc ứng dụng vào giải bài tập liên quan đến tứ giác nội tiếp trong
đường tròn.
1.1.
Định lí Ptolemy
Trước hết, trong mục này chúng tôi trình bày nội dung Định lí mang tên
nhà Toán học người Hy Lạp Claudius Ptolemy1 cùng một số hệ quả quan
trọng của nó.
Định lý 1.1 (Định lí Ptolemy). Tứ giác lồi ABCD nội tiếp trong một đường
tròn khi và chỉ khi tich hai đường chéo bằng tổng các tích của các cạnh đối
diện, tức là
AC.BD = AB.CD + BC.AD
(1.1)
[ = ACD
\
Chứng minh. Chọn điểm E nằm trong tứ giác ABCD sao cho ABE
[ = CAD.
\ Xét các cặp tam giác đồng dạng ABE và ACD, ABC và
và BAE
AED, suy ra AB.CD = BC.AD = AC(BE + ED), sau đó tìm điều kiện cần
và đủ để điểm E nằm trên đoạn thẳng BD.
1 (Claudius
Ptolemy : 100-187 TCN)
Định lí 1.1.1
5 Bài
toán 1.2.3
B
B
da
E
dc
A
P
db
A
C
D toán 1.2.3
Bài
Định lí 1.1.1
B
Bài toán 1.2.4
B
Hệ
quả lí1.1.2
Định
Ptolemy có thể xem là sự khái quát hóa của Định lí Pythagoras
da
trong trường hợp tứ giác ABCD là hình
BE chữ nhật, lúc đó AC 2d = AB 2 + BC 2 .
A
c
P
db
Định lí 1.1 có các hệ quả sau đây:
A
B
C ∆ABC đều, ta có
Hệ quả 1.1. Cho tứ giác nội tiếp ABCD với
C
D
BD = AD
+ CD.
Bài toán 1.2.4
Hệ quả 1.1.2
A
P
C
B
A
D
Hệ quả 1.1.3
A
B
P
C
A
D
Hệ quả 1.1.3
Chứng minh. Vì tứ giác ABCD nội tiếp nên theo Định lí Ptolemy ta có
B
AB · CD + AD · BC = AC · BD.
Vì AB = BC = CA nên ta suy ra
B
C
A
CA · CD + AD · CA = AC · BD.
C
A
Vậy CD + AD = BD.
D
D
C
6
B
C
A
D
[ = ADC
\ = 90◦ , ta có
Hệ quả 1.2. Cho tứ giác nội tiếp ABCD với ABC
\
BD = AC sin BAD.
Chứng minh. Ta có
\ = AC sin BAC
[ + DAC
\
AC sin BAD
[
\
= AC sin BAC + DAC
[
\
[
\
= AC sin BAC · cos DAC + cos BAC · sin DAC
BC AD DC AB
= AC
·
+
·
AC AC
AC AC
BC · AD + DC · AB
= AC ·
AC
= BC · AD + DC · AB
= BD.
Vậy phép chứng minh được hoàn thành.
Thực ra, Hệ quả 1.2 đúng nếu A, B, C, D nằm trên một đường tròn (với
thứ tự tùy ý) và
[ = ADC
\ = 90◦ ,
ABC
từ Định lí sine ta có
∆BAD.
BD
bằng đường kính AC của đường tròn ngoại tiếp
\
sin BAD
7
1.2.
Một số ứng dụng của Định lí Ptolemy
Trong mục này, luận văn trình bày một vài ứng dụng của Định lí Ptolemy
thông qua một số bài toán thi Olympic và thi học sinh giỏi.
Bài toán 1.1 (IMO 1995). Cho ABCDEF là lục giác lồi với
AB = BC = CD,
DE = EF = F A,
\ = EF
[
BCD
A = 60◦ .
[ = DHE
\ = 120◦ .
Gọi G và H là hai điểm trong lục giác thỏa mãn AGB
Chứng minh rằng
AG + GB + GH + DH + HE ≥ CF.
Giải. Gọi X, Y là các điểm nằm ngoài lục giác thỏa mãn ∆ABX và ∆DEY
đều. Vậy DBXAEY là ảnh của ABCDEF qua phép đối xứng trục BE. Suy
ra CF = XY . Khi đó ta có
\ + AGB
[ = DY
\
\ = 180◦ .
AXB
E + DHE
Như vậy AXBG và DHEY là các tứ giác nội tiếp. Theo Hệ quả 1.1 ta có
XG = AG + GB và HY = DH + HE. Vì thế
AG + GB + GH + DH + HE = XG + GH + HY ≥ XY = CF.
Bài toán 1.2 (IMO 1996). Cho P là điểm nằm trong ∆ABC thỏa mãn
[
[ = AP
[
[
AP
B − ACB
C − ABC.
Gọi D, E lần lượt là tâm vòng tròn nội tiếp của ∆AP B, ∆AP C. Chứng minh
rằng AP , BD và CE cắt nhau tại một điểm.
Giải. Trước hết, ta phải chỉ ra các phân giác BD, CE tương ứng của các góc
[ , ACP
[ cắt nhau tại một điểm trên AP .
ABP
Gọi chân của đường vuông góc hạ từ P xuống BC, CA, AB lần lượt là X,
Y , Z. Vậy thì AZP Y , BXP Z, CY P X là các tứ giác nội tiếp. Ta có
[
[ = Y[
\ = Y[
\=Y
\
AP
B − ACB
AP + XBY
ZP + XZP
ZX.
8
B
Z
X
D
P
E
C
A
Y
[
[ = XY
\
Chứng minh tương tự ta có AP
C − ABC
Z.
\
\
Tam giác XY Z có góc Y
ZX = XY
Z nên XZ = XY . Theo Hệ quả 1.2 ta
có
[
XZ = BP sin ABC
và
[
XY = CP sin ACB.
[ = CP sin ACB.
[ Ta có
Vì XZ = XY nên BP sin ABC
[
BP
sin ACB
=
.
CP
[
sin ABC
(1.2)
Áp dụng Định lí sine cho tam giác ABC ta có
AB
AC
=
.
[
[
sin ACB
sin ABC
Suy ra
[
sin ACB
AB
=
.
AC
[
sin ABC
(1.3)
Từ (1.2) và (1.3) suy ra
AB
AC
=
.
BP
CP
(1.4)
Gọi H là giao điểm của BD và AP . Vì BH là đường phân giác của góc
[ nên
ABP
AB
HA
=
.
(1.5)
BP
HP
Gọi K là giao điểm của CE và AP . Vì CK là đường phân giác của góc
[ nên
ACP
KA
AC
=
.
(1.6)
CP
KP
9
Từ (1.4), (1.5) và (1.6) suy ra
HA
KA
=
.
HP
KP
Suy ra H ≡ K. Vậy ba đường thẳng AP , BD và CE cắt nhau tại một điểm
trên AP .
Bài toán 1.3 (Bất đẳng thức Esdös-Mordell). Cho P là điểm trong ∆ABC
và gọi da , db , dc lần lượt là các khoảng cách từ P tới BC, CA, AB. Chỉ ra
rằng P A + P B + P C ≥ 2(da + db + dc ). Đẳng thức xảy ra nếu và chỉ nếu
∆ABC đều và P là tâm đường tròn nội tiếp.
Giải.
Gọi X, Y , Z lần lượt là chân các đường vuông góc hạ từ P xuống BC, CA,
Bài toán 1.2.3
AB.
B
B
da
E
dc
A
P
db
C
A
C
D
Theo Hệ quả 1.2 hoặc định lí sine và định lí cosine, ta có
Bài toán 1.2.4
q
b = Y Z = d2 + d2 − 2db dc cos(180◦ − A).
b
P A sin A
c
b
B
b=B
b + C,
b khai triển và nhóm lại ta được
Từ 180◦ − A
B
n
o1
b = (db sin C
b + dc sin B)
b 2 + (dc cos C
b − dc cos B)
b 2 2
P A sin A
b + dc sin B
b
≥ db sin C
A
C
P
Sử dụng các bất đẳng thức tương tự như bất đẳng thức
cuối và kết quả
C
A
D
10
x+
1
≥ 2 với mọi x > 0, ta có
x
Bài toán 1.2.3
PA + PB + PC ≥
X db sin C
b + dc sin B
b
B
B
=
X
da
b
sin A
!
b
b
sin B sin C
+
b sin B
b
sin C
(1.7)
da
E
dc
A
≥ 2(da + db + dc ).
P
db
Ở đây phương trình (1.7)
C các số hạng. Cuối cùng,
A có được là nhờ sắp xếp lại
b b
b
đẳng thức
C xảy ra nếu và chỉ nếu A = B = C và da = db = dc , nghĩa là, ∆ABC
đều và P là tâm đường tròn nội tiếp.
D
Bài toán 1.4 (IMO 1991). Cho tam giác ABC và P là điểm nằm trong tam
Bài toán 1.2.4
\
giác. Chỉ ra rằng ít nhất một trong các góc P[
AB, P
BC, P[
CA nhỏ hơn hoặc
bằng 30◦ .
B
B
A
P
C
C
A
D
Giải. Giả sử không có góc nào trong ba góc nhỏ hơn hoặc bằng 30◦ . Nếu
một trong ba góc nhỏ nhất là 150◦ , thì hai góc còn lại sẽ lớn nhất là 30◦ , mâu
thuẫn. Vì thế ta có thể giả sử ba góc lớn hơn hoặc bằng 30◦ và nhỏ hơn hoặc
\
bằng 150◦ . Gọi da là khoảng cách từ P đến BC, vậy thì 2da = 2P B sin P
BC >
(2 sin 30◦ )P B = P B.
A
Bài toán B1.5. Đường tròn nội tiếp (I) của tam giác ABC theo thứ tự tiếp
xúc với AC và AB tại E và F . Các đường thẳng BE và CF theo thứ tự lại
cắt (I) tại M và N . Chứng minh rằng
C
ME
NE
=4·
.
MF
NF
D
11
Giải. Gọi D là tiếp điểm của BC và (I).
A
E
F
I
B
N
M
C
Hình 1.1
Áp dụng Định lí Ptolemy cho các tứ giác EF M D và EF DN ta có điều cần
chứng minh.
Bài toán 1.6 (Olympic Toán Paraguay 2012). Cho tam giác đều ABC. Gọi
Q là điểm bất kì trên BC, và gọi P là giao điểm của AQ và đường tròn ngoại
1
1
1
tiếp ∆ABC. Chứng minh rằng
=
+
.
PQ PB PC
Giải. Chú ý rằng tứ giác BACQ nội tiếp. Theo Định lí Ptolemy, ta có
P C · BA + BP · CA = P A · BC.
Do ABC là tam giác nên đều nên P A = P C + P B. Chú ý rằng
∆AP B ∼ ∆CP Q.
Do đó
PB
PQ PB
=
=
.
PC
PA
PB + PC
Cuối cùng, ta được
PQ =
PB · PC
.
PB + PC
Suy ra
1
PB + PC
1
1
=
=
+
.
PQ
PB · PC
PC PB
Phép chứng minh được hoàn thành.
12
Bài toán 1.7. Cho tam giác cân ABC tại đỉnh C nội tiếp trong đường tròn
tâm O và M là điểm tùy ý nằm trên cung nhỏ BC. Chứng minh rằng
AB
MA + MB
=
.
MC
AC
Giải. Áp dụng Định lí Ptolemy đối với tứ giác AM BC, ta có
M A · BC + M B · CA = M C · AB.
C
b
A
b
b
B
b
M
Do CA = CB, ta có
MA + MB
AB
=
.
MC
AC
Phép chứng minh được kết thúc.
[ = 90◦ ,
Bài toán 1.8 (Định lí Pytago). Cho tam giác vuông ABC với ACB
ta có BC 2 + AC 2 = AB 2 .
Giải. Vẽ đường tròn với tâm là trung điểm O của AB và bán kính
giao điểm của tia CO và đường tròn là D.
AB
. Gọi
2
Áp dụng Định lí Ptolemy đối với tứ giác ABCD, ta có
AD · BC + BD · AC = AB · CD.
Từ AD = BC, BD = AC và CD = AB ta có BC 2 + AC 2 = AB 2 .
Bài toán 1.9. Cho a và b là các góc nhọn. Chứng minh rằng
sin(a + b) = sin a cos b + sin b cos a.
(1.8)
13
C
b
B
O
A
b
b
b
b
D
Giải. Vẽ đường tròn với đường kính AC = 1.
B
b
cos a
sin a
p
a
A
C
A
b
b
b
b
cos b
sin b
b
a+b
D
b
E
Dựng các tia AB và AD nằm trên các phía đối diện nhau đối với đường kính
[ = a và CAD
\ = b. Kẻ đường kính BE như trong hình vẽ.
AC thỏa mãn CAB
[ ADC
\ và BDE
\ là các góc vuông.
Vì AC và BE là đường kính, ta có ABC,
Suy ra
AB = cos a,
BC = sin a,
CD = sin b,
DA = cos b.
\ = BAD
\ = a + b và BD = p = sin(a + b).
Cũng vậy, BED
Áp dụng Định lí Ptolemy đối với tứ giác ABCD, ta có
AC · BD = BC · DA + CD · AB,
suy ra sin(a + b) = sin a cos b + sin b cos a.
Bài toán 1.10. Nếu điểm M tùy ý nằm trên đường tròn ngoại tiếp hình vuông
14
A1 A2 A3 A4 , thì ta có hệ thức
M A21 + M A23 = M A22 + M A24 .
Giải. Không mất tính tổng quát, giả sử M nằm trên cung nhỏ A1 A4 .
A1
b
M
A2
b
b
b
b
A3
A4
Đặt M A1 = x1 , M A2 = x2 , M A3 = x3 , M A4 = x4 và gọi cạnh của hình vuông
là a. Áp dụng Định lí Ptolemy đối với các tứ giác M A1 A2 A3 và M A1 A3 A4 ,
√
√
ta có x1 a + x3 a = x2 a 2, x1 a + x4 a 2 = x3 a.
√
Khử a ở cả hai vế, phương trình thứ hai trở thành x3 − x1 = x4 2. Suy ra
(x1 + x3 )2 + (x3 − x1 )2 = 2x22 + 2x24 . Khai triển phương trình và khử cả hai vế,
ta được x21 + x23 = x22 + x24 , đây là kết quả cần tìm.
Bài toán 1.11. Cho A1 A2 . . . An là đa giác đều có số cạnh lẻ. Gọi M là điểm
nằm trên cung nhỏ A1 An của đường tròn ngoại tiếp đa giác đều. Chứng minh
rằng tổng các khoảng cách từ điểm M mà tới các đỉnh Ai (i là số lẻ) bằng
tổng các khoảng cách từ điểm M tới các đỉnh Ak (k là số chẵn).
Giải. Gọi cạnh của đa giác đều là a. Vẽ các đường chéo A1 A3 , A2 A4 , . . .,
An A2 , có độ dài chung là b.
Tiếp theo, vẽ các dây cung M A1 , M A2 , . . . , M An và đặt M Ai có độ dài
di . Áp dụng Định lí Ptolemy đối với các tứ giác M A1 A2 A3 , M A2 A3 A4 , . . . ,
15
A2
b
A1
A3
b
b
M
b
b
A7
b
b
b
A6
A4
A5
M An−1 An A1 và M An A1 A2 ta có
ad1 + ad3 = bd2 ,
bd3 = ad2 + ad4 ,
ad3 + ad5 = bd4 ,
bd5 = ad4 + ad6 ,
adn−2 + adn = bdn−1 ,
bdn + ad1 = adn−1 ,
adn + bd1 = ad2 .
Cộng các phương trình này, ta được
(2a + b)(d1 + d3 + . . . + dn ) = (2a + b)(d2 + d4 + . . . + dn−1 ).
Khử 2a + b, hệ thức này trở thành
d1 + d3 + . . . + dn = d2 2 + d4 + . . . + dn−1 ,
đây là kết quả cần tìm.
Sử dụng Định lí Ptolemy chúng ta có thể đưa ra lời giải thú vị cho nhiều
bài toán, chẳng hạn như các bài sau đây.
_
Bài toán 1.12 (xem [2]). Nếu điểm P nằm trên cung nhỏ 5.0ptAB của đường
tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC, thì
P A = P B + P C.
Giải. Áp dụng Định lí Ptolemy cho tứ giác nội tiếp P ABC.
16
_
Bài toán 1.13 (xem [2]). Nếu điểm P nằm trên cung nhỏ 5.0ptAB của đường
tròn ngoại tiếp tam giác cân ABC với AC = BC thì
AB
PA + PB
=
.
PC
AC
_
Bài toán 1.14 (xem [2]). Nếu điểm P nằm trên cung nhỏ 5.0ptAB của đường
tròn ngoại tiếp hình vuông ABCD thì
PD
PA + PC
=
.
PB + PD
PC
Giải. Áp dung Định lí Ptolemy cho các tứ giác nội tiếp P ADC và P BCD.
_
Bài toán 1.15 (xem [2]). Nếu điểm P nằm trên cung nhỏ 5.0ptAB của đường
tròn ngoại tiếp lục giác đều ABCDEF thì
P A + P B + P C + P F = P D + P E.
Giải. Sử dụng Bài toán 1.12 cho các tam giác đều ACE và BDF .
1.3.
Bất đẳng thức Ptolemy
Tiếp theo Định lí Ptolemy (về đẳng thức liên hệ giữa các cạnh của tứ giác
nội tiếp), luận văn sẽ tiếp tục trình bày về Bất đẳng thức Ptolemy cùng các
bài toán áp dụng.
1.3.1.
Bất đẳng thức Ptolemy
Định lý 1.2 (Bất đẳng thức Ptolemy). Giả sử ABCD là một tứ giác. Khi
đó ta có AB · CD + DA · BC ≥ AC · BD. Đẳng thức xảy ra nếu ABCD là
một tứ giác nội tiếp.
Chứng minh. Từ A và B kẻ hai tia, cắt các đường chéo BD và AC lần lượt
\ = DAC
\ và Y[
\
tại X và Y sao cho XAB
BA = DCA.
17
B
b
γ
b
b
α
A
X
E
b
α
b
C
Y
b
γ
D
b
[ = EAD.
\ Ta có ∆ABE v ∆ACD.
Giả sử AX cắt BY tại E. Khi đó BAC
Vì thế
BE
AE
AB
=
=
.
Suy ra AB · CD = AC · BE.
(1.9)
AC
CD
AD
Và ta cũng có ∆AED v ∆ABC. Suy ra
AD
ED
=
.
AC
BC
Suy ra AD · BC = AC · ED.
(1.10)
Cộng từng vế của phương trình (1.9) và (1.10) ta có
AB · CD + AD · BC = AC · (BE + ED) ≥ AC · BD.
Như vậy đối với tứ giác bất kỳ ABCD ta luôn có
AB · CD + AD · BC ≥ AC · BD.
\ = ACD,
\ hay là tứ
Đẳng thức xảy ra nếu và chỉ nếu E ∈ BD. Khi đó ABD
giác ABCD nội tiếp. Phép chứng minh được kết thúc.
1.3.2.
Áp dụng Bất đẳng thức Ptolemy để thiết lập bất đẳng thức
mới
Mục này dành để trình bày một số ví dụ minh họa việc thiết lập các bất
đẳng thức từ Bất đẳng thức Ptolemy. Trước hết ta xét tam giác ABC có các
trung tuyến AM , BN , CP và trọng tâm G.
Gọi K là điểm đối xứng của N qua M . Dễ thấy tam giác P KC có các cạnh
chính la các trung tuyến của tam giác ABC và độ dài các trung tuyến của
18
A
b
N
P
b
b
G
b
C
b
b
b
B
M
b
E
K
b
3 3 3
tam giác P KC ứng với các đỉnh C, P , K theo thứ tự bằng a, b, c. (Chẳng
4 4 4
3
1
hạn P E = (BK + AC) = b, trong đó E là giao điểm của P M với CK).
2
4
Áp dụng Bất đẳng thức Ptolemy vào tứ giác BP N C, ta có
P C · N B ≤ BC · P N + BP · N C.
Suy ra
a2 bc
mb mc ≤
+ .
Vậy 4mb mc ≤ 2a2 + bc.
2
4
Tương tự ta có
4ma mb ≤ 2c2 + ab, 4ma mc ≤ 2b2 ac.
(1.11)
Từ (1.11) ta suy ra
(4m2a )(4m2b )(4m2c ) ≤ (2a2 + bc)(2b2 + ac)(2c2 + ab).
Áp dụng công thức tính độ dài đường trung tuyến ta được
(2b2 + 2c2 − a2 )(2a2 + 2c2 − b2 )(2a2 + 2b2 − c2 )
≤ (2a2 + bc)(2b2 + ac)(2c2 + ab).
(1.12)
- Xem thêm -