Trong đề thi trải nghiệm VMO 2025 - Vòng 1, ở ngày thi thứ nhất có bài toán
hình học số 3 khá hay, bài viết này trình bày ý tưởng sử dụng số phức để giải
quyết bài toán đó.
Trước tiên, ta nhắc lại nội dung bài toán
Cho tam giác
ABC nhọn, nội tiếp đường tròn
(O), có trực tâm
H. Trên
các cạnh
CA, AB lấy các điểm
X,Y tương ứng sao cho
XB=XC và
HY∥AO.
a) Chứng minh tam giác
AXY cân.
b) Gọi
Z là điểm đối xứng với
A qua
OX, T là tâm đường tròn
ngoại tiếp tam giác
XYZ. Chứng minh
AT⊥OH.
Ý tưởng tính toán
Chọn (O) là đường tròn đơn vị, khi đó XO⊥BC và X∈CA nên
x=bcx,x+acxˉ=a+c
Giải hệ phương trình, tìm được x=a+bb(a+c), để ý HY∥AO suy ra
y−hy−h=aa=a2⇒y−a2y=h−a2h
Kết hợp h=a+b+c, biến đổi được y−a2y=a+b+c−a2(a1+b1+c1)=bc(b+c)(bc−a2).
Lại có Y∈AB nên y+aby=a+b, kéo theo (b+a)y=c(b+c)(bc−a2)+a(a+b)⇒y=c(a+b)(b+c)(bc−a2)+a.
a) Chú ý ∣a∣=∣b∣=∣c∣=1 nên biến đổi được
y−x=c(a+b)b(bc−a2), x−a=a+bbc−a2⇒∣y−x∣=∣x−a∣
Kéo theo tam giác AXY cân tại X.
b) Z đối xứng với A qua OX nên z=xxa=abc, tịnh tiến theo véc tơ −a ta có
x−a=a+bbc−a2, y−a=c(a+b)(b+c)(bc−a2), z−a=abc−a2
Kí hiệu (u,v,w) là tâm đường tròn đi qua ba điểm u,v,w, khi đó t−a=(x−a,y−a,z−a)=a+bbc−a2⋅(1,cb+c,aa+b)
Để tìm (1,cb+c,aa+b) lại tịnh tiến theo véc tơ −1, khi đó
1−1=0, cb+c−1=cb, aa+b−1=ab
Ngoài ra ∣cb∣=∣ab∣=1, kéo theo (0,cb,ab)=cb+abcb⋅ab=a+cb, như vậy
(1,cb+c,aa+b)=a+cb+1=a+ch⇒t−a=(a+b)(a+c)(bc−a2)h
Cuối cùng, v=h−ot−a=(a+b)(a+c)bc−a2=−v⇒v∈iR, dẫn đến AT⊥OH.
Trình bày lời giải
Từ các ý tưởng tính toán phía trên, không khó để viết được lời giải hoàn chỉnh, phần này xin dành cho bạn đọc tự hoàn thiện.