a. Để chứng minh M, A, B, E, O cùng thuộc một đường tròn, ta cần chứng minh các góc được tạo bởi các đường thẳng này là góc vuông.
- Góc MAO là góc vuông vì MA là tiếp tuyến của đường tròn tại điểm A, nên góc MAO = 90 độ.
- Tương tự, góc MBO là góc vuông vì MB là tiếp tuyến của đường tròn tại điểm B, nên góc MBO = 90 độ.
Vì MCD không đi qua tâm O, nên góc CMD không phải là góc vuông.
- Gọi E là trung điểm của CD, ta có CE = DE.
- Khi đó, góc CEM = góc DEM (góc ở chân tiếp tuyến bằng nhau).
- Do đó, tam giác CME là tam giác cân tại E, nên góc CME = góc CEM.
Kết hợp với góc CMD không phải là góc vuông, ta có thể kết luận rằng các điểm M, A, B, E, O cùng thuộc một đường tròn.
b. Trong trường hợp OM = 2R và C là trung điểm của đoạn thẳng MD, ta có CM = MD/2.
Theo định lý Euclid, trong một tam giác vuông, bình phương của độ dài cạnh huyền (đoạn thẳng MD) bằng tổng bình phương của độ dài hai cạnh góc vuông (đoạn thẳng CM và đoạn thẳng CD).
Vì CM = MD/2, ta có:
MD^2 = CM^2 + CD^2
MD^2 = (MD/2)^2 + CD^2
MD^2 = MD^2/4 + CD^2
MD^2 - MD^2/4 = CD^2
(4MD^2 - MD^2)/4 = CD^2
3MD^2/4 = CD^2
MD^2 = 4CD^2/3
Vì OM = 2R, ta có MD = 2R.
Thay vào công thức trên, ta có:
(2R)^2 = 4CD^2/3
4R^2 = 4CD^2/3
R^2 = CD^2/3
CD^2 = 3R^2
Vậy độ dài đoạn thẳng MD theo R là 2R và độ dài đoạn thẳng CD theo R là √(3R^2) = R√3.
c. Để chứng minh CD^2 = 4AE.BE, ta sử dụng định lý Euclid trong tam giác vuông CMD.
Theo định lý Euclid, bình phương của độ dài cạnh huyền (đoạn
thẳng CD) bằng tổng bình phương của độ dài hai cạnh góc vuông (đoạn thẳng CM và đoạn thẳng MD).
Vì CM = MD/2 và AE = BE (E là trung điểm của CD), ta có:
CD^2 = CM^2 + MD^2
CD^2 = (MD/2)^2 + MD^2
CD^2 = MD^2/4 + MD^2
CD^2 = 5MD^2/4
Do MD = 2AE (E là trung điểm của CD), ta có:
CD^2 = 5(2AE)^2/4
CD^2 = 20AE^2/4
CD^2 = 5AE^2
Vì AE = BE, ta có:
CD^2 = 5AE^2 = 5BE^2 = 4AE.BE
Vậy hệ thức CD^2 = 4AE.BE được chứng minh.