a) Chứng minh ACKH là hình bình hành:
Ta có: I là trung điểm của HC, AI = IK nên I là trung điểm của AK.
Xét tứ giác ACKH có:
AH // CK (cùng vuông góc với BC)
AI = IK (gt)
I là trung điểm của AK
AH = CK (do AI = IK, AH = IK + KH)
Suy ra ACKH là hình bình hành.
b) Chứng minh HK = AC:
Vì ACKH là hình bình hành nên AH = CK và AH // CK.
Xét tam giác ABC vuông tại A có AH là đường cao nên:
AH² = BH.HC (hệ thức lượng trong tam giác vuông)
Xét tam giác AHC vuông tại H có HI là đường trung tuyến nên:
HI = IC = HC/2
Từ đó suy ra:
HK = 2HI = HC = AC (vì AH = CK)
c) Chứng minh AK = 3AF:
Xét tam giác AHC vuông tại H có E là trung điểm của AH nên:
HE = EA = AH/2
Xét tam giác AHF và tam giác EFC có:
góc AHF = góc EFC (đối đỉnh)
HE = EA (cmt)
góc FAH = góc FEC (cùng phụ với góc HAC)
Suy ra tam giác AHF đồng dạng với tam giác EFC (g.g)
Do đó, AF/EF = AH/EC = 2AH/AC = 2 (vì AH = CK = AC)
Mà AK = 2AI = 2(AF + IF) = 2AF + 2IF
Từ đó suy ra AK = 3AF.