Giải bài 10 trang 103 SGK Toán 10 tập 1 – Chân trời sáng tạo

Đề bài

Cho tam giác đều ABC có O là trọng tâm và M là một điểm tùy ý trong tam giác. Gọi D, E, F lần lượt là chân đường vuông góc hạ từ M đến BC, AC, AB. Chứng minh rằng \(\overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {ME}  + \overrightarrow {MF}  = \frac{3}{2}\overrightarrow {MO} \)

Lời giải chi tiết

\(\overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {ME}  + \overrightarrow {MF}  = \left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OD} } \right) + \left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OE} } \right) + \left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OF} } \right)\)

Qua M kẻ các đường thẳng \({M_1}{M_2}//AB;{M_3}{M_4}//AC;{M_5}{M_6}//BC\)

Từ đó ta có: \(\widehat {M{M_1}{M_6}} = \widehat {M{M_6}{M_1}} = \widehat {M{M_4}{M_2}} = \widehat {M{M_2}{M_4}} = \widehat {M{M_3}{M_5}} = \widehat {M{M_5}{M_3}} = 60^\circ \)

Suy ra các tam giác \(\Delta M{M_3}{M_5},\Delta M{M_1}{M_6},\Delta M{M_2}{M_4}\) đều

Áp dụng tính chất trung tuyến \(\overrightarrow {AM}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC} } \right)\)(với M là trung điểm của BC) ta có:

\(\overrightarrow {ME}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_1}}  + \overrightarrow {M{M_6}} } \right);\overrightarrow {MD}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_2}}  + \overrightarrow {M{M_4}} } \right);\overrightarrow {MF}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_3}}  + \overrightarrow {M{M_5}} } \right)\)

\( \Rightarrow \overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {ME}  + \overrightarrow {MF}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_2}}  + \overrightarrow {M{M_4}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_1}}  + \overrightarrow {M{M_6}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_3}}  + \overrightarrow {M{M_5}} } \right)\)

Ta có: các tứ giác \(A{M_3}M{M_1};C{M_4}M{M_6};B{M_2}M{M_5}\) là hình bình hành

Áp dụng quy tắc hình bình hành ta có

\(\overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {ME}  + \overrightarrow {MF}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_2}}  + \overrightarrow {M{M_4}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_1}}  + \overrightarrow {M{M_6}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_3}}  + \overrightarrow {M{M_5}} } \right)\)

\( = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_1}}  + \overrightarrow {M{M_3}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_2}}  + \overrightarrow {M{M_5}} } \right) + \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {M{M_4}}  + \overrightarrow {M{M_6}} } \right)\)

\( = \frac{1}{2}\overrightarrow {MA}  + \frac{1}{2}\overrightarrow {MB}  + \frac{1}{2}\overrightarrow {MC}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MB}  + \overrightarrow {MC} } \right)\)

\( = \frac{1}{2}\left( {\left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OA} } \right) + \left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OB} } \right) + \left( {\overrightarrow {MO}  + \overrightarrow {OC} } \right)} \right)\)

\( = \frac{1}{2}\left( {3\overrightarrow {MO}  + \left( {\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MB}  + \overrightarrow {MC} } \right)} \right) = \frac{3}{2}\overrightarrow {MO} \) (đpcm)

Vậy \(\overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {ME}  + \overrightarrow {MF}  = \frac{3}{2}\overrightarrow {MO} \)