a) AB + CD = AD + CB
Đây là một đẳng thức về vectơ. Để chứng minh đẳng thức này, ta có thể sử dụng quy tắc hình bình hành.
Chứng minh: Vẽ hình bình hành ABDC. Khi đó, ta có:
AB + CD = AC (quy tắc hình bình hành)
AD + CB = AC (quy tắc hình bình hành)
Vậy AB + CD = AD + CB.
b) AB + AC + AD = 3AG
Chứng minh: Theo tính chất trọng tâm của tứ diện, ta có:
GA + GB + GC + GD = 0
Từ đó suy ra: AB + AC + AD = 3AG.
c) MA² + MB² = 2MI²
Chứng minh: Áp dụng định lý trung điểm trong tam giác ABI, ta có:
MA² + MB² = 2MI² + AB²/4
Thay AB = 2a, ta được: MA² + MB² = 2MI² + a².
d) Giá trị nhỏ nhất của P = MA² + MB² + MC² + MD² bằng 2(a² + b² + 2c²)
Áp dụng kết quả câu c) cho các cặp điểm tương ứng, ta có:
MA² + MB² = 2MI² + a²
MC² + MD² = 2MJ² + b²
Do đó: P = 2(MI² + MJ²) + a² + b²
Để P đạt giá trị nhỏ nhất thì MI² + MJ² đạt giá trị nhỏ nhất.
Áp dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz, ta có:
(MI² + MJ²) * (1² + 1²) ≥ (MI + MJ)²
Mà MI + MJ ≥ IJ = 2c
Do đó, MI² + MJ² ≥ 2c²
Vậy P ≥ 2(a² + b² + 2c²). Dấu "=" xảy ra khi M trùng với trung điểm của IJ.