Cho 3 đường tròn (C1);(C2);(C3) đôi một tiếp xúc với nhau; trong đó (C1)chứa (C2) và (C3). Đường tròn (C1) tiếp xúc với (C2);(C3) lần lượt tại A và B còn (C2) tiếp xúc với (C3) tại I. Tiếp tuyến chung của (C2);(C3) tại I cắt (C1) tại E và F. Gọi D là trung điểm của EF, nối EA, EB cắt (C2);(C3) theo thứ tự tại M và N. CMR:
a) Điểm I là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABD
b)Đường thẳng MN là tiếp tuyến chung ngoài của 2 đường tròn (C2) và (C3)
a) Gọi Ax là tia tiếp tuyến chung của (C1) và (C2), AF cắt (C2) tại G khác A.
Ta có: ^GAx = ^GMA, ^FAx = ^FEA => ^GMA = ^FEA => GM // EF. Mà EF là tiếp tuyến tại I của (C2)
Nên C2I vuông góc GM. Do GM là dây cung của (C2) nên I là điểm chính giữa cung nhỏ GM
=> AI là phân giác của ^GAM hay AI là phân giác của ^FAE => \(\frac{AF}{AE}=\frac{IF}{IE}\)
Tương tự: \(\frac{BF}{BE}=\frac{IF}{IE}\). Từ đó: \(\frac{AF}{AE}=\frac{BF}{BE}\Rightarrow AF.BE=AE.BF\)
Áp dụng ĐL Ptolemy vào tứ giác AEBF nội tiếp có: \(AF.BE+AE.BF=AB.EF\)
Hay \(2AE.BF=2AB.ED\). Suy ra: \(\frac{AE}{AB}=\frac{ED}{BF}\) kết hợp với ^AED = ^ABF (Cùng chắn cung AF)
=> \(\Delta\)ADE ~ \(\Delta\)AFB (c.g.c) => ^DAE = ^FAB. Mà ^IAE = ^IAF (cmt) => ^IAD = ^IAB
=> AI là phân giác ^BAD (1)
Cũng từ \(\Delta\)ADE ~ \(\Delta\)AFB =>\(\frac{AD}{AE}=\frac{AF}{AB}\); ^FAD = ^BAE => \(\Delta\)ADF ~ \(\Delta\)AEB (c.g.c)
=> ^ADF = ^AEB hay ^ADI = ^AEB. Tương tự: ^BDI = ^AEB => ^ADI = ^BDI => DI là phân giác ^ADB (2)
Từ (1);(2) suy ra: Điểm I là tâm nội tiếp \(\Delta\)ABD (đpcm).
b) Gọi My là tia đối của MN ta có ^AMy = ^EMN (3)
Ta thấy: IE là tiếp tuyến chung của (C2);(C3) => EM.EA = EN.EB (=EI2) => Tứ giác AMNB nội tiếp
=> ^EMN = ^EBA = ^EFA = ^MGA (Do GM // EF) (4)
Từ (3);(4) suy ra: ^MGA = ^AMy = 1/2.Sđ(AM => My là tia tiếp tuyến của (C2) hay MN là tiếp tuyến của (C2)
Hoàn toàn tương tự: MN cũng là tiếp tuyến của (C3). Từ đó: MN là tiếp tuyến chung của (C2) và (C3) (đpcm).