Đếm số hình vuông nội tiếp đường tròn có một đỉnh cố định
Problem:
Cho điểm A nằm trên đường tròn (O). Hỏi có bao nhiêu hình vuông có một đỉnh là A và nội tiếp đường tròn (O)?
Problem Analysis
Problem Summary
Cho điểm A cố định trên đường tròn (O). Cần xác định số hình vuông nội tiếp (O) mà có một đỉnh tại A.
Required Knowledge
Hình vuông nội tiếp đường tròn có bốn đỉnh đều nằm trên đường tròn. Hai đường chéo của hình vuông bằng nhau, cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường và đều là đường kính của đường tròn ngoại tiếp. Tâm đường tròn ngoại tiếp hình vuông trùng với giao điểm hai đường chéo.
Solution Method
Vì hình vuông nội tiếp (O) thì tâm O là giao điểm hai đường chéo. Đỉnh A đã cố định, đường chéo qua A phải đi qua O, tức là AC là đường kính — đỉnh C đối diện A được xác định duy nhất. Khi AC xác định, BD là đường kính vuông góc với AC tại O, nên B và D cũng được xác định duy nhất. Vậy chỉ có đúng một hình vuông thỏa mãn.
Real-world Application
Khi em cắt một tờ giấy hình tròn và muốn ghim một góc của tờ giấy hình vuông cố định lên mép tròn đó, em chỉ có thể đặt được đúng một hình vuông vừa khít bên trong đường tròn.
Hints (0/3)
Hint 1:
Hình vuông nội tiếp đường tròn thì tâm đường tròn chính là giao điểm hai đường chéo. Em thử xem đường chéo đi qua A phải có tính chất gì với tâm O.
Hint 2:
Đường chéo qua A cũng phải đi qua O (vì O là trung điểm của mỗi đường chéo), nên đỉnh đối diện C với A được xác định duy nhất là điểm đầu kia của đường kính OA kéo dài.
Hint 3:
Khi đường chéo AC đã xác định, đường chéo thứ hai BD phải vuông góc với AC tại O và cũng là đường kính. Như vậy B và D hoàn toàn xác định, không còn lựa chọn nào khác — hình vuông là duy nhất.
Detailed solution
Vì hình vuông ABCD nội tiếp đường tròn (O) nên O là giao điểm hai đường chéo AC và BD.
Đường chéo AC đi qua O và A đã cố định, nên AC là đường kính của (O). Do đó đỉnh C là điểm đối diện A qua tâm O — C được xác định duy nhất.
Khi đường chéo AC đã xác định, đường chéo BD phải vuông góc với AC tại O và cũng là đường kính. Đường kính vuông góc với AC tại O chỉ có một, nên B và D cũng được xác định duy nhất.
Vậy với điểm A cho trước nằm trên đường tròn (O), có duy nhất một hình vuông có một đỉnh là A nội tiếp đường tròn (O).
Exercises in this lesson— Bài 29. Tứ giác nội tiếp