BÀI 3. Cho tam giác đều \(A B C\). Lấy một điểm \(M\) bất kỳ nằm trong tam giác. Gọi \(X , Y , Z\) lần lượt là ảnh đối xứng của \(M\) qua các cạnh \(B C , C A , A B\). Kẻ đường cao \(A H \bot B C\). Gọi \(T\) là trung điểm của đoạn \(X Z\).

(a) Chứng minh \(\triangle B A Z sim \triangle A B H T\).

Chú thích trước khi chứng minh:

• \(A B C\) là tam giác đều nên \(\angle A B C = \angle B C A = \angle C A B = 60^{\circ}\).
• \(Z\) là ảnh đối xứng của \(M\) qua \(A B\), nên \(A B \bot M Z\) tại trung điểm của \(M Z\).
• \(X\) là ảnh đối xứng của \(M\) qua \(B C\).

Ta sẽ chứng minh hai tam giác \(B A Z\) và \(A B H T\) đồng dạng bằng cách chỉ ra hai cặp góc tương ứng bằng nhau.

1. Xác định các góc đặc biệt
2. • Vì \(Z\) đối xứng \(M\) qua \(A B\), nên \(A B \bot M Z\). Suy ra \(\angle B Z A\) là góc vuông (vì \(Z\) nằm trên đường thẳng qua \(M\) đối xứng qua \(A B\), tức đoạn \(M Z \bot A B\)). Do đó
     \(\angle B Z A = 90^{\circ} .\)
   • \(A H\) là đường cao từ \(A\) xuống \(B C\), suy ra \(A H \bot B C\). Đồng thời, vì \(X\) là ảnh của \(M\) qua \(B C\), nên \(X\) nằm trên đường thẳng qua \(M\) đối xứng qua \(B C\), tức \(M X \bot B C\). Kết hợp hai điều này, \(A H\) và \(M X\) đều vuông góc với \(B C\), nên chúng song song nhau:
     \(A H \parallel M X .\)
   • \(T\) là trung điểm của \(X Z\). Do hai điểm \(X\) và \(Z\) đều nằm trên hai đường thẳng vuông góc với \(B C\) (lần lượt là ảnh đối xứng của \(M\) qua \(B C\) và \(A B\)), nên \(X T\) và \(T Z\) thẳng hàng.
3. Chứng minh hai góc ở hai tam giác bằng nhau
4. • Góc \(\angle B A Z\) (trong \(\triangle B A Z\))
     Xét tam giác đều \(A B C\). Vì \(A B C\) đều, \(\angle C A B = 60^{\circ}\). Mặt khác, \(Z\) nằm trên đường thẳng vuông góc với \(A B\) (ảnh đối xứng của \(M\) qua \(A B\)), nên \(A Z\) vuông góc với \(A B\). Vậy
     \(\angle B A Z \textrm{ }\textrm{ } = \textrm{ }\textrm{ } 90^{\circ} - \angle C A B = 90^{\circ} - 60^{\circ} = 30^{\circ} .\)
   • Góc \(\angle A B H\) (trong \(\triangle A B H\))
     Vì \(A H \bot B C\) và \(A B C\) đều nên \(\angle A B C = 60^{\circ}\). Từ đó,
     \(\angle A B H = 90^{\circ} - \angle H B O \left(\right. \backslash\text{HBO} \&\text{nbsp};\text{l} \overset{ˋ}{\text{a}} \&\text{nbsp};\text{g} \overset{ˊ}{\text{o}} \text{c}\&\text{nbsp};\text{nh}ọ\text{n}\&\text{nbsp};\text{trong}\&\text{nbsp}; \triangle A B H \left.\right) .\)
     Nhưng cụ thể hơn:
   • • \(A H \bot B C \textrm{ }\textrm{ } \Longrightarrow \textrm{ }\textrm{ } \angle A H B = 90^{\circ} .\)
     • Trong tam giác \(A B C\) đều, \(\angle A B C = 60^{\circ}\). Vì \(H\) thuộc \(B C\), điểm thẳng hàng với \(B\), nên \(\angle A B H\) là góc kề bù của \(\angle A B C\) trong tam giác \(A B H\). Do đó
       \(\angle A B H = 180^{\circ} - \angle A B C - \angle A H B = 180^{\circ} - 60^{\circ} - 90^{\circ} = 30^{\circ} .\)
   • Do vậy,
     \(\angle B A Z \textrm{ }\textrm{ } = \textrm{ }\textrm{ } 30^{\circ} \text{v} \overset{ˋ}{\text{a}} \angle A B H = 30^{\circ} \Longrightarrow \angle B A Z = \angle A B H .\)
   • Góc \(\angle B Z A\) (trong \(\triangle B A Z\))
     Như đã nêu, \(A B \bot M Z\) nên \(B Z A\) là góc vuông:
     \(\angle B Z A = 90^{\circ} .\)
   • Góc \(\angle A H T\)
   • • Chúng ta đã thấy \(A H \parallel M X\). Vì \(T\) là trung điểm \(X Z\), nên \(M T \parallel A Z\) (với \(A Z \bot A B\)). Khi tầm quan sát theo hình vẽ, ta có “\(A H\) vuông góc với \(B C\)” và “\(M X\) vuông góc với \(B C\)”, nên \(A H \parallel M X\).
     • Đồng thời, \(Z\) nằm trên đường vuông góc từ \(M\) tới \(A B\), tức \(M Z \bot A B\). Và \(T\) nằm trên \(X Z\), nên suy ra \(T Z \bot A B\). Do đó \(T Z \parallel M Z\).
     • Tóm lại, \(A H \bot B C\) và \(M X \bot B C\) \(\textrm{ }\textrm{ } \Longrightarrow \textrm{ }\textrm{ } A H \parallel M X\). Còn \(A Z \bot A B\) và \(M Z \bot A B\) \(\textrm{ }\textrm{ } \Longrightarrow \textrm{ }\textrm{ } A Z \parallel M Z\). Kết hợp lại, tam giác \(A H T\) vuông góc tại \(H\).
     • Khi đó, trong \(\triangle A B H\), \(\angle A H T\) là góc tại \(H\) tạo bởi \(A H\) và \(H T\). Mà \(A H\) vuông góc với \(B C\), đồng thời \(H T\) song song với \(A Z\) (vì \(T\) trung điểm \(X Z\) và \(Z \in \left(\right. M Z \left.\right)\)
       Đúng(0)