[Hình Học Sơ Cấp] Phương Tích Trục Đẳng Phương

Định lý 1.1. Cho đường tròn tâm $O$ bán kính $R$ và điểm $M$ cố định, $OM = d$. Một đường thẳng thay đổi qua $M$ cắt đường tròn tại hai điểm $A, B$. Khi đó $\overline{MA}.\overline{MB} = d^2 – R^2$.

Định nghĩa 1.2. Giá trị không đổi $\overline{MA}.\overline{MB} = d^2 – R^2$ trong định lý 1.1 được gọi là phương tích của điểm $M$ đối với đường tròn $(O)$ và kí hiệu là $\mathscr{P}_{M/(O)}$. Ta có \[\mathscr{P}_{M/(O)}= \overline{MA}.\overline{MB} = d^2 – R^2\] Định lý 1.3. Hai đường thẳng $AB$, $CD$ cắt nhau tại $M$. Khi đó $A$, $B$, $C$, $D$ cùng thuộc một đường tròn khi và chỉ khi $\overline{MA}.\overline{MB} =\overline{MC}.\overline{MD} $

Tính chất 1.4.  

1. Khi $M$ nằm trên $(O)$ thì ${{\mathscr{P}}_{M/\left( O \right)}} = 0$.
2. Khi $M$ nằm trên $(O)$ thì ${{\mathscr{P}}_{M/\left( O \right)}} = 0$.
3. Khi $M$ nằm ngoài đường tròn $(O)$ và $MT$ là tiếp tuyến của $(O)$ thì ${{\mathscr{P}}_{M/\left( O \right)}} = M{T^2}$.
4. Nếu $A, B$ cố định và $\overline {AB} .\overline {AM}$ không đổi thì $M$ cố định.

Định nghĩa 1.5. Nếu đường tròn suy biến thành điểm, tức là đường tròn có bán kính bằng 0 thì phương tích của điểm $M$ đến đường tròn đó bằng $d^2$, với $d$ là khoảng cách từ $M$ đến điểm đó.

Định lý 1.6. Cho hai đường tròn không đồng tâm $(O_1; R_1)$ và $(O_2; R_2)$. Tập hợp các điểm $M$ mà phương tích của $M$ đối với hai đường tròn bằng nhau là một đường thẳng.

Định nghĩa 1.7. Đường thẳng trong định lý 2 được gọi là trục đẳng phương của hai đường tròn.

Tính chất 1.8. Cho hai đường tròn $(O)$ và $(I)$. Từ định lý 1.3 ta suy ra được các tính chất sau:

1. Trục đẳng phương của hai đường tròn vuông góc với đường thẳng nối tâm.
2. Nếu hai đường tròn cắt nhau tại $A$ và $B$ thì $AB$ chính là trục đẳng phương của chúng.
3. Nếu điểm $M$ có cùng phương tích đối với $(O)$ và $(I)$ thì đường thẳng qua $M$ vuông góc với $OI$ là trục đẳng phương của hai đường tròn.
4. Nếu hai điểm $M$, $N$ có cùng phương tích đối với hai đường tròn thì đường thẳng $MN$ chính là trục đẳng phương của hai đường tròn.
5. Nếu ba điểm có cùng phương tích đối với hai đường tròn thì ba điểm đó thẳng hàng.
6. Nếu $(O)$ và $(I)$ tiếp xúc nhau tại $A$ thì đường thẳng qua $A$ và vuông góc với $OI$ chính là trục đẳng phương của hai đường tròn.

Định lý 1.9. Cho ba đường tròn $(C_1)$, $(C_2)$ và $(C_3)$. Khi đó ba trục đẳng phương của các cặp đường tròn trùng nhau hoặc song song hoặc cùng đi qua một điểm, điểm đó được gọi là tâm đẳng phương của ba đường tròn.

Định nghĩa 1.10. Điểm đồng quy trong định lý trên được gọi là tâm đẳng phương của ba đường tròn.

Tính chất 1.11. Từ định lý trên, ta có

1. Nếu ba đường tròn đôi một cắt nhau thì các dây cung chung cùng đi qua một điểm.
2. Cho ba đường tròn $w_1$, $w_2$, $w_3$ có tâm lần lượt là $O_1$, $O_2$, $O_3$. Gọi $d_{ij}$ là trục đẳng phương của $w_i$, $w_j$. Khi đó nếu $d_{12}$ và $d_{13}$ cắt nhau tại $P$ thì $P$ là tâm đẳng phương của 3 đường tròn. Khi đó trục đẳng phương $d_{23}$ là đường thẳng qua $P$ và vuông góc với $O_2O_3$.

Các ví dụ.

Ví dụ 1. (Công thức Euler) Cho tam giác $ABC$ có đường tròn ngoại tiếp là $(O;R)$ và đường tròn nôi tiếp là $(I;r)$. Chứng minh rằng \[OI = \sqrt{R^2-2Rr}\] Gợi ý.

Ta có $\mathscr{P}_(I/(O)) = IA.ID = R^2- OI^2$, suy ra $OI^2 = R^2 – IA.ID$.
Ta có $\mathscr{P}_(I/(O)) = IA.ID = R^2- OI^2$, suy ra $OI^2 = R^2 – IA.ID$.
Vẽ đường kính $DE$. Ta có tam giác $AFI$ và $ECD$ đồng dạng, suy ra $AI.CD = IF.DE$. Mà $CD = ID$, $IF = r$, $DE = 2R$, suy ra $IA.ID = 2Rr$. Vậy $$OI^2 = R^2 – 2Rr \Rightarrow IO = \sqrt{R^2-2Rr}$$ Ví dụ 2 (Định lý Brocard). Cho tứ giác $ABCD$ nội tiếp đường tròn $(O)$. Các đường thẳng $AD$ và $BC$ cắt tại $E$; $AB$ và $CD$ cắt nhau tại $F$. Chứng minh $\mathscr{P}_{E/(O)} + \mathscr{P}_{F/(O)} = EF^2$. Gọi $I$ là giao điểm của $AC$ và $BD$. Chứng minh $OI \bot EF$.

Gợi ý.

Gọi $K$ là giao điểm của $(AFD)$ và $EF$. Ta có $\angle EKA = \angle ADC = \angle ABE$, suy ra $EKAB$ nội tiếp. Gọi $K$ là giao điểm của $(AFD)$ và $EF$. Ta có $\angle EKA = \angle ADC = \angle ABE$, suy ra $EKAB$ nội tiếp. Khi đó $$\mathscr{P}_{E/(O)} + \mathscr{P}_{F/(O)} = EA.AD + FD.FC = EK.EF + FK.KE = EF^2.$$ Ta có $$\angle FKD + \angle EKB = \angle DCB + \angle BCD = 2 \angle C = \angle AOB,$$ suy ra $KBOD$ nội tiếp. Chứng minh tương tự ta cũng có $KAOC$ nội tiếp. Khi đó tâm đẳng phương của $(O)$, $(KBOD)$, $(KAOC)$ đồng quy tại $I$. Hay $O$, $I$, $K$ thẳng hàng Hơn nữa $KO$, $KF$ lần lượt là phân giác trong và phân giác ngoài của $BKD$ nên vuông góc. Vậy $OI \bot EF$ tại $K$.

Ví dụ 3. (Chọn đội tuyển PTNK 2008) Cho tam giác $ABC$ có đỉnh $A$ cố định và $B, C$ thay đổi trên đường thẳng $d$ cố định sao cho nếu gọi $A’$ là hính chiếu của $A$ lên $d$ thì $\overline {A’B} .\overline {A’C} $ âm và không đổi. Gọi $M$ là hình chiếu của $A’$ lên $AB$. Gọi $N$ là hình chiếu của $A’$ lên $AC$, $K$ là giao điểm của các tiếp tuyến của đường tròn ngoại tiếp tam giác $A’MN$ tại $M$ và $N$. Chứng minh rằng $K$ thuộc một đường thẳng cố định.

Gợi ý.

Gọi $O$ là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác $A’MN$ và $I$ là giao điểm của $OK$ và $MN$. Ta thấy $O$ là trung điểm của $AA’$. Gọi $D$ và $P$ là giao điểm của $AA’$ với $(ABC)$ và $MN$. Dễ thấy $$\overline {AM} .\overline {AB} = {\overline {AA’} ^2} = \overline {AN} .\overline {AC},$$ suy ra tứ giác $BMNC$ nội tiếp, suy ra $\widehat {AMN} = \widehat {ACB}$. Mà $\widehat {ADB} = \widehat {ACB}$ nên $\widehat {AMN} = \widehat {ADB}$. Suy ra $MPDB$ nội tiếp. Do đó ta có $$\overline {AP} .\overline {AD} = \overline {AM} .\overline {AB} = {\overline {AA’} ^2}.$$ Mà $A$, $A’$ và $D$ cố định suy ra $P$ cố định. Gọi $H$ là hình chiếu của $K$ trên $AA’$. Ta có $$\overline {AP} .\overline {AH} = \overline {AI} .\overline {AK} = I{N^2} = \dfrac{1}{4}A{A’^2}.$$ Mà $A$, $P$, $A’$ cố định suy ra $H$ cố định. Vậy $K$ thuộc đường thẳng qua $H$ và vuông góc với $AA’$.

Ví dụ 4. (Chọn đội tuyển Việt Nam 2006) Cho tam giác $ABC$ là tam giác nhọn và không phải tam giác cân nội tiếp trong đường tròn tâm $O$ bán kính $R$. Một đường thẳng $d$ thay đổi sao cho vuông góc với $OA$ và luôn cắt tia $AB$, $AC$. Gọi $M$, $N$ lần lượt là giao điểm của $d$ và $AB$, $AC$. Giả sử $BN$ và $CM$ cắt nhau tại $K$, $AK$ cắt $BC$ tại $P$.
a) Chứng minh rằng đường tròn ngoại tiếp tam giác $MNP$ luôn đi qua một điểm cố định.
b) Gọi $H$ là trực tâm của tam giác $AMN$. Đặt $BC = a$ và $I$ là khoảng cách từ $A$ đến $KH$. Chứng minh $KH$ đi qua trực tâm của tam giác $ABC$, từ đó suy ra $l \leq \sqrt{4R^2-a^2}$.

Gợi ý.

a) Gọi $Q$ là giao điểm của $MN$ và $BC$, $E$ là trung điểm $BC$. Xét tứ giác BMPC thì ta biết rằng $Q$, $P$, $B$, $C$ là hang điểm điều hòa, suy ra $(QPBC) = – 1$. Ta có $EP .EQ = EB^2$, suy ra $$QE .QP = QE^2 – QE .PE = QE^2 – EB^2 = OQ^2 – OB^2 = QB.QC.$$ Mà tứ giác $BMNC$ cũng nội tiếp vì có $\widehat {NCB} = \widehat {xAB} = \widehat {AMN}$ ($Ax$ là tia tiếp tuyến của $(O)$). Suy ra $QM .QN = QB .QC$. Từ đó suy ra $QM .QN = QP .QE $, suy ra tứ giác $MNEP$ nội tiếp, suy ra đường tròn ngoại tiếp tam giác $MNP$ luôn đi qua điểm $E$ cố định.
b) Giả sử ba đường cao $AD$, $BF$ và $CJ$ của tam giác $ABC$ cắt nhau tại $I$; ba đường cao $MX$, $AY$, $NZ$ của tam giác $AMN$ cắt nhau tại $H$. Ta cần chứng minh $K$, $I$, $H$ thẳng hàng. Xét đường tròn tâm $(O_1)$ đường kính $BN$ và tâm $(O_2)$ đường kính $CM$. Ta thấy $KC .KM = KB .KN$, $IC .IJ = IB .IF$, $HM .HX = HN .HZ$. Suy ra $K$, $I$, $H$ cùng thuộc trục đẳng phương của $(O_1)$ và $(O_2)$ nên thẳng hàng. Từ đó suy ra $AL \le AI$. Mà $$AI = 2.OE = 2\sqrt {{R^2} – \frac{{B{C^2}}}{4}} = \sqrt {4{R^2} – {a^2}} $$ nên $AL = l \le \sqrt {4{R^2} – {a^2}} $.

Ví dụ 5. Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, $M$ là trung điểm $BC$, $M’ $ là giao điểm của $AM$ và $(O)$. Tiếp tuyến tại $M’$ cắt đường thẳng qua $M$ vuông góc với $AO$ tại $X$, các điểm $Y$, $Z$ được xác định tương tự. Chứng minh rằng $X$, $Y$, $Z$ thẳng hàng.

Gợi ý.

Gọi $H$ là trực tâm tam giác $ABC$, $N$ là trung điểm $AH$. Khi đó $MN$ là đường kính của đường tròn Euler. Dễ thấy $AOMN$ là hình bình hành. Mà $AO \bot MX$, suy ra $MN \bot MX$. Do đó $MX$ là tiếp tuyến của đường tròn Euler. Ta có $\angle XMM’ = 90^o – \angle OAX = \angle OM’X – \angle OM’A = \angle XM’M$. Suy ra tam giác $XMM’$ cân tại $X$. Do đó $\mathscr{P}_{X/(F)} = XM^2 = XM’^2 = \mathscr{P}_{(O))}$. Do đó $X$ thuộc trục đẳng phương của (F) và $(O)$. Chứng minh tương tự ta cũng có $Y$, $Z$ thuộc trục đẳng phương của $(F)$ và $(O)$, do đó $X$, $Y$, $Z$ thẳng hàng.

Ví dụ 6. (PTNK 2015) Cho tam giác $ABC$ nhọn nội tiếp đường tròn tâm $O$. Đường tròn tâm $I$ qua $B$ và $C$ lần lượt cắt các tia $BA$, $CA$ tại $E$ và $F$. Giả sử các tia $BF$, $CE$ cắt nhau tại $D$ và $T$ là tâm đường tròn $(AEF)$. Chứng minh rằng $OT // ID$. Trên $BF$, $CE$ lần lượt lấy các điểm $G$, $H$ sao cho $AG \bot CE$, $AH\bot BF$. Các đường tròn $(ABF)$, $(ACE)$ cắt $BC$ tại các điểm $M$, $N$ (khác $B$ và $C$) và cắt $EF$ tại $P$, $Q$ (khác $E$ và $F$). Gọi $K$ là giao điểm của $MP$ và $NQ$. Chứng minh $DK$ vuông góc với $GH$.

Gợi ý.

a) Gọi $(AEF)$ cắt $(O)$ tại $R$ thì $ARBC$ nội tiếp, do đó $AR, EF, BC$ tại $S$ là tâm đẳng phương của $(O)$, $(I)$, $(T)$. Theo định lý Brokard (ví dụ 3), ta có $ID \bot AS$, mặc khác $OT \bot AS$ nên $ID ||OT$.
b) Ta có $\angle MPQ = \angle CEQ = \angle CNQ$ nên $MPQN$ nội tiếp. Khi đó $KM.KP = KN.KQ$, mặt khác $DB.DF = DE.DC$ nên $DK$ là trục đẳng phương của $(ABF)$ và $(ACE)$, do đó $AD$ đi qua $K$. Hơn nữa tam giác $AGH$ có $DG \bot AH$ và $DH \bot AG$ nên $AD \bot GH$. Vậy $DK \bot GH$. 

Ví dụ 7. (VMO 2015) Cho đường tròn $(O)$ và hai điểm $B$, $C$ cố định trên $(O)$, $BC$ không là đường kính. Một điểm $A$ thay đổi trên $(O)$ sao cho tam giác $ABC$ nhọn. Gọi $E$, $F$ lần lượt là chân đường cao kẻ từ $B$, $C$ của tam giác $ABC$. Cho $(I)$ là đường tròn thay đổi đi qua $E$, $F$ và có tâm là $I$.Giả sử $(I)$ cắt cạnh $BC$ tại hai điểm $M$, $N$. Gọi $H$ là trực tâm tam giác $ABC$ và $P, Q$ là các giao điểm của $(I)$ với đường tròn ngoại tiếp tam giác $HBC$. Đường tròn $(K)$ đi qua $P$, $Q$ và tiếp xúc với $(O)$ tại điểm $T$ ($T$ cùng phía $A$ đối với $PQ$). Chứng minh rằng đường phân giác trong của góc $\angle MTN$ luôn đi qua một điểm cố định.

Gợi ý.

Vẽ tia tiếp tuyến $Tx$ của $(O)$ và $(TPQ)$, thì $Tx$ là trục đẳng phương của $(O)$ và $(TPQ)$. Xét ba đường tròn $(O), (TPQ)$ và $(HBC)$ thì trục đẳng phương đồng quy tại một điểm nên $PQ$, $BC$, $Tx$ đồng quy tại điểm, đặt tên là $X$. Lại có trục đẳng phương của $(BEFC)$, $(I)$, $(HBC)$ đồng quy, nên $X$ thuộc $EF$. Do đó ta có $$XT^2 = XB.XC = XF.XE = XM.XN$$ nên $XT$ tiếp xúc với $(TMN)$. Ta có $$\angle XTB + \angle BTM = \angle XTM = \angle XNT = \angle ACB + \angle CTN$$ nên $\angle BTM = \angle CTN$. Gọi $S$ là điểm chính giữa cung $BC$ không chứa $A$ của $(O)$ thì $$\angle BTM + \angle MTS = \angle BTS = \angle CTS = \angle CTN = \angle CTN + \angle NTS$$ hay là $\angle MTS = \angle NTS$. Vậy phân giác giác $\angle MTN$ luôn đi qua $S$ cố định.

Ví dụ 8. (IMO Shortlist 2011) Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, gọi $B’$, $C’$ là trung điểm của cạnh $AB$ và $AC$. Đường tròn $(I)$ qua $B’, C’$ và tiếp xúc với $(O)$ tại $X$ (khác $A$). Gọi $D$ là chân đường cao hạ từ $A$ của tam giác $ABC$ và $G$ là trọng tâm tam giác $ABC$. Chứng minh rằng $X$, $D$, $G$ thẳng hàng.

Gợi ý.

Gọi $P$ là giao điểm của tiếp tuyến tại $A$ và tại $X$ của $(O)$. Gọi $B$ là giao điểm của tiếp tuyến tại $A$ và tại $X$ của $(O)$. Phương tích của $P$ đối với $(AB’C’)$, $(B’C’X)$, $(ABC)$ bằng nhau. Suy ra $P$ thuộc trục đẳng phương của $(B’C’X)$ và $B’C’A)$, suy ra $P$ thuộc $B’C’$. $A$, $D$ đối xứng qua $B’C’$ nên ta có $PA = PD$ (tính chất đối xứng) nên $PD$ là tiếp tuyến của $B’C’D$. Vẽ $AY||BC$, chứng minh được $D$, $G$, $Y$ thẳng hàng. $XD$ cắt $(O)$ tại $Y’$ ta có $$\angle ADY’ + \angle AY’D = \dfrac{1}{2} \angle APX + \angle ACX = \dfrac{1}{2} \angle APX + \dfrac{1}{2} AOX = 90^o.$$ Suy ra $AY’||BC$. Vậy $Y \equiv Y’$ và $X$, $D$, $G$ thẳng hàng.

Ví dụ 9. (IMO SL 2009) Cho tam giác $ABC$, đường tròn tâm $I$ nội tiếp tam giác tiếp xúc với $AB$, $AC$ tại $D$, $E$. Vẽ các hình bình hành $BDMC$ và $CENB$. Gọi $G$ là giao điểm của $BE$ và $CD$. Chứng minh tam giác $GNM$ cân.

Gợi ý.

Đường tròn tâm $I_a$ bàng tiếp góc $A$ tiếp xúc với $AB, AC$ lần lượt tại $X$ và $Y$. Ta có $BN = CE = p – c = AX – AD = DX$ và $EN = BC = a = p-(p-a) = AY = YE$. Khi đó $\mathscr{P}_{E/(I_a)} = EY^2 = EN^2$ và $\mathscr{P}_{B/(I_a)} = BX^2 = BN^2$. Do đó $BE$ là trục đẳng phương của $(I_a)$ và đường tròn điểm $N$. Chứng minh tương tự ta cũng có $CD$ là trục đẳng phương của $(I_a)$ và đường tròn điểm $M$. $G$ là giao điểm của $BE$ và $CD$, suy ra $G$ là tâm đẳng phương của $(I_a)$ và hai đường tròn điểm $M$, $N$. Vậy $GM = GN$, hay tam giác $GMN$ cân.

Bài Tập

1. Cho đường tròn $(O)$. $A$, $B$ là hai điểm cố định đối xứng nhau qua $O$, $M$ là điểm chuyển động trên $(O)$. $MA$, $MB$ giao với $(O)$ tại $P$ và $Q$. Chứng minh rằng $\dfrac{{\overline {AM} }}{{\overline {AP} }} + \dfrac{{\overline {BM} }}{{\overline {BQ} }}$ nhận giá trị không đổi.
2. Cho tam giác $ABC$ nhọn, kẻ đường cao $AD$, $BE$, $CF$ cắt nhau tại $H$. Cho $K$ là một điểm tùy ý trên cạnh $BC$ và khác $B$, $C$ kẻ đường kính $KM$ củaCho tam giác $ABC$ nhọn, kẻ đường cao $AD$, $BE$, $CF$ cắt nhau tại $H$. Cho $K$ là một điểm tùy ý trên cạnh $BC$ và khác $B$, $C$ kẻ đường kính $KM$ của đường tròn ngoại tiếp tam giác $BFK$ và đường kính $KN$ của đường tròn ngoại tiếp tam giác $CEK$. Chứng minh rằng ba điểm $M, H, N$ thẳng hàng.
3. Cho tam giác $ABC$ nhọn, $\angle B > \angle C$. Gọi $M$ là trung điểm đoạn $BC$ và $E, F$ lần lượt là chân đường cao từ $B$ và $C$. Gọi $K$, $L$ lần lượt là trung điểm của $ME$, $MF$. Gọi $T$ là giao điểm của $KL$ sao cho $TA||BC$. Chứng minh $TA = TM$.
4. Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, một đường thẳng qua $(O)$ song song với $BC$, cắt $AB$, $AC$ lần lượt tại $F, E$. Đường tròn ngoại tiếp các tam giác $(BFO)$ và $(CEO)$ cắt nhau tại điểm thứ hai là $D$ và cắt $BC$ tại $L$, $K$. Gọi $M$ là giao của $BE$ và $CF$. Gọi $N$ là giao của $FL$ và $EK$. Chứng minh rằng $D$, $M$, $N$ thẳng hàng.
5. Cho hai đường tròn $w_1$ và $w_2$ cắt nhau tại $M$ và $N$. Gọi $l$ là tiếp tuyến chung của $w_1$, $w_2$ sao cho $l$ gẩn $M$ hơn $N$. Gọi tiếp điểm của $l$ với $w_1$ là $A$, với $w_2$ là $B$. Đường thẳng qua $M$ song song với $l$ cắt $w_1$ tại $C$ và cắt $w_2$ tại $D$. Đường thẳng $CA$ và $DB$ cắt nhau tại $E$; đường thẳng $AN$ và $CD$ cắt nhau tại $P$; $BN$ và $CD$ cắt nhau tại $Q$. Chứng minh rằng $EP = EQ$.
6. Cho tam giác $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$ với góc $A$ nhọn. Gọi $D$ là điểm chính giữa của cung nhỏ $BC$ và $E, F$ lần lượt là trung điểm của $AC, AB$. Giả sử $DE, DF$ cắt lại với $(O)$ tại điểm thứ hai tương ứng là $Y$, $Z$. Đường tròn $(AEY)$ cắt $(AFZ)$ tại điểm thứ hai $M$. Gọi $N$ là trung điểm của $BC$ và đường tròn $(DNM)$ giao với $BC$ tại điểm thứ hai $X$. Chứng minh rằng $AX$ là tiếp tuyến của $(O)$.
7. Lấy $AB$ là dây cung của đường tròn tâm $O$, $M$ là điểm chính giữa cung $AB$ và $C$ là điểm nằm ngoài đường tròn $(O)$. Từ $C$ vẽ hai tiếp tuyến đến $(O)$ tại tiếp điểm $S$, $T$. Gọi $E$ là giao điểm của $MS$ và$ AB$, $F$ là giao điểm của $MT$ và $AB$. Từ $E, F$ vẽ các đường thẳng vuông góc với $AB$, cắt $OS$ và $OT$ lần lượt tại $X$ và $Y$. Một đường thẳng qua $C$ cắt $(O)$ tại $P$ và $Q$, $MP$ cắt $AB$ tại $R$. Chứng minh rằng $XY$ đi qua tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác $PQR$.
8. Cho hai đường tròn $(C_1)$ và $(C_2)$ tiếp xúc ngoài với nhau tại tiếp điểm $M$. Gọi $AB$ là một tiếp tuyến chung của $()C1)$ và $(C_2)$ với $A, B$ phân biệt lần lượt là các tiếp điểm. Trên tia tiếp tuyến chung Mx của hai đường tròn ($Mx$ không cắt $AB$) lấy điểm $C$ khác $M$. Gọi $E$ và $F$ lần lượt là giao điểm thứ hai của $CA$ với $(C_1)$ và $CB$ với $(C_2)$. Chứng minh rằng tiếp tuyến của $(C_1)$ tại $E$, tiếp tuyến của $(C_2)$ tại $F$ và $Mx$ đồng quy.
9. Cho tam giác $ABC$ là tam giác nhọn, không cân nội tiếp đường tròn tâm O. Gọi $AD$, $BE$, $CF$ là ba đường phân giác trong của tam giác $ABC$. Gọi $L$, $M$, $N$ lần lượt là trung điểm của $AD$, $BE$, $CF$. Gọi $(O_1)$, $(O_2)$, $(O_3)$ lần lượt là các đường tròn đi qua $L$, tiếp xúc với $OA$ tại $A$; đi qua $M$, tiếp xúc với $OB$ tại $B$; đi qua $N$ tiếp xúc với $OC$ tại $C$. Chứng minh rằng $(O_1)$, $(O_2)$, $(O_3)$ có đúng hai điểm chung và đường thẳng nối hai điểm đó đi qua trọng tâm tam giác $ABC$.
10. Cho tam giác $ABC$ và điểm $D$ thay đổi trên cạnh $BC$. Đường tròn ngoại tiếp tam giác $ABD$ cắt $AC$ tại $E$, đường tròn ngoại tiếp tam giác $ACD$ cắt $AB$ tại $F$. Gọi $H$ là trực tâm.
    a) Đường tròn ngoại tiếp tam giác $AEF$ và đường tròn đường kính $AH$ cắt nhau tại điểm thứ hai là $P$. Chứng minh $AP$ đi qua trung điểm của $BC$.
    b) Chứng minh trực tâm tam giác $PEF$ thuộc một đường thẳng cố định. 
11. Cho tam giác $ABC$ nhọn. Đường tròn đường kính $AB$ cắt đường cao $CD$ tại hai điểm $M$ và $N$, $M$ nằm ngoài tam giác; đường tròn đường kính $AC$ cắt đường cao $BE$ tại hai điểm $P$ và $Q$, $Q$ nằm ngoài tam giác.
    a) Chứng minh $4$ điểm $M$, $N$, $P$, $Q$ cùng thuộc một đường tròn.
    b) Chứng minh $MP$, $NQ$ và $BC$ đồng quy.
12. Cho tam giác nhọn $ABC$ nội tiếp đường tròn $(O)$, trong đó $B, C$ cố định và $A$ thay đổi trên $(O)$. Trên các tia $AB$ và $AC$ lần lượt lấy các điểm $M$ và $N$ sao cho $MA = MC$ và $NA = NB$. Các đường tròn ngoại tiếp các tam giác $AMN$ và $ABC$ cắt nhau tại $P$ ($P \neq A$). Đường thẳng $MN$ cắt đường thẳng $BC$ tại $Q$.
    a) Chứng minh rằng ba điểm $A$, $P$, $Q$ thẳng hàng.
    b) Gọi $D$ là trung điểm của $BC$. Các đường tròn có tâm là $M$, $N$ và cùng đi qua $A$ cắt nhau tại $K$ ($K \neq A$). Đường thẳng qua $A$ vuông góc với $AK$ cắt $BC$ tại $E$. Đường tròn ngoại tiếp tam giác $ADE$ cắt $(O)$ tại $F (F \neq A)$. Chứng minh rằng đường thẳng $AF$ đi qua một điểm cố định.