a/ Ta có tam giác ABD vuông cân tại B
=> BD = AB.
Vì AI = BC, ta có AI = AB.
=> tam giác ABI là tam giác cân.
=> IB = IA.
Vì tam giác ABD vuông cân tại B, nên đường cao AH cắt đường phân giác BD tại điểm trung điểm của BD, kí hiệu là M.
=> AM = MB.
Vì tam giác ABI là tam giác cân, nên đường phân giác AI cắt đường phân giác BM tại điểm trung điểm của BM, kí hiệu là N.
=> AN = NB.
=> IB = IA
Áp dụng định lí đường phân giác trong tam giác ABM, ta có:
IB/IA = MB/MA
IB/IA = 1/2
Vì IB = IA, ta có:
IB/IA = 1/2 = IA/IA
IB = IA
=> IB = CD.
b/ Vì BE = IC và IB = CD (đã chứng minh ở câu a), ta có BE = CD.
Ta có tam giác ABD vuông cân tại B, nên đường phân giác AD cắt đường phân giác BC tại điểm trung điểm của BC, kí hiệu là O.
=> ta có AO = OB.
Vì tam giác ABD vuông cân tại B, nên đường cao AH cắt đường phân giác BD tại điểm trung điểm của BD, kí hiệu là M.
=> AM = MB.
Áp dụng định lí đường phân giác trong tam giác ABC, ta có:
AO/OC = AB/BC
AO/OC = 2/1
Vì AO = OB, ta có:
AO/OC = 2/1 = OB/OC
OB = 2OC
Vì BE = IC, ta có:
BE/IC = 1/1
Áp dụng định lí đường phân giác trong tam giác BIC, ta có:
BE/EC = BI/IC
BE/EC = 1/1
Vậy ta có:
OB = 2OC
BE = EC
=> tam giác AACE là tam giác vuông cân.
c/ OB = 2OC và BE = EC.
Vì OB = 2OC,
=> OB/OC = 2/1.
Áp dụng định lí Menelaus trong tam giác ABC với đường thẳng AH cắt các đường thẳng CD, BE và OB, ta có:
(AC/CB) * (BE/EA) * (AO/OB) = 1
Vì tam giác ABD vuông cân tại B, nên AC = CB. Vì tam giác AACE là tam giác vuông cân, nên BE = EC và EA = AC.
Thay các giá trị vào, ta có:
(AC/AC) * (BE/AC) * (AO/OB) = 1
(1) * (1) * (AO/OB) = 1
AO/OB = 1
Vì OB = 2OC, nên ta có AO/OC = 1/2.
=> ba đường thẳng BE, CD và AH đồng quy tại một điểm.