a: \(\overrightarrow{AI}=\dfrac{1}{2}\left(\overrightarrow{AM}+\overrightarrow{AN}\right)=\dfrac{1}{4}\overrightarrow{AB}+\dfrac{1}{4}\overrightarrow{AC}\)

Lời giải:

Ta có:

\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AM}+\overrightarrow{MB}=\overrightarrow{AM}+\overrightarrow{MN}+\overrightarrow{NB}=\overrightarrow{AM}-\overrightarrow{BN}+\overrightarrow{MN}\)

Vì $AM,BN$ là trung tuyến nên $M,N$ lần lượt là trung điểm của $BC, AC$

$\Rightarrow MN$ là đường trung bình của tam giác $ABC$ ứng với $AB$

\(\Rightarrow \overrightarrow{MN}=\frac{1}{2}\overrightarrow{BA}=-\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}\). Do đó:

\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AM}-\overrightarrow{BN}-\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}\Leftrightarrow \frac{3}{2}\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AM}-\overrightarrow{BN}\)

\(\Leftrightarrow \overrightarrow{AB}=\frac{2}{3}\overrightarrow{AM}-\frac{2}{3}\overrightarrow{BN}\)

Hình vẽ:

\(\overrightarrow{BG}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{BM}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{BA}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{BC}\)

\(\overrightarrow{MC}=3\cdot\overrightarrow{MA}\)

=>MC=3MA và A nằm giữa M và C

MA+AC=MC

=>AC=MC-MA=3MA-MA=2MA

\(\overrightarrow{BM}=\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AM}\)

\(=\overrightarrow{BA}+2\cdot\overrightarrow{CA}=\overrightarrow{BA}+2\cdot\overrightarrow{CB}+2\cdot\overrightarrow{BA}=3\cdot\overrightarrow{BA}-2\cdot\overrightarrow{BC}\)

Gọi G là giao điểm của BE và CF

Xét ΔABC có

BE,CF là các đường trung tuyến

BE cắt CF tại G

Do đó: G là trọng tâm của ΔABC

=>\(BG=\frac23BE;CG=\frac23CF\)

\(\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{BG}+\overrightarrow{GC}=\frac23\cdot\overrightarrow{BE}+\frac23\cdot\overrightarrow{FC}=\frac23\cdot\overrightarrow{BE}-\frac23\cdot\overrightarrow{CF}\)

Đặt \(\overrightarrow{b}=x\cdot\overrightarrow{a}+y\cdot\overrightarrow{c}\)

mà \(\overrightarrow{b}=\left(-1;-1\right);\overrightarrow{a}=\left(4;-2\right);\overrightarrow{c}=\left(2;5\right)\)

nên \(\left\{{}\begin{matrix}4x+2y=-1\\-2x+5y=-1\end{matrix}\right.\)

=>\(\left\{{}\begin{matrix}4x+2y=-1\\-4x+10y=-2\end{matrix}\right.\Leftrightarrow\left\{{}\begin{matrix}12y=-3\\4x+2y=-1\end{matrix}\right.\)

=>\(\left\{{}\begin{matrix}y=-\dfrac{1}{4}\\4x=-1-2y=-1-2\cdot\dfrac{-1}{4}=-1+\dfrac{1}{2}=-\dfrac{1}{2}\end{matrix}\right.\)

=>\(\left\{{}\begin{matrix}x=-\dfrac{1}{8}\\y=-\dfrac{1}{4}\end{matrix}\right.\)

Vậy: \(\overrightarrow{b}=\dfrac{-1}{8}\cdot\overrightarrow{a}+\dfrac{-1}{4}\cdot\overrightarrow{c}\)

\(\overrightarrow{AN}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BN}=-\overrightarrow{BA}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{BA}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AC}\)

\(=\dfrac{1}{3}\overrightarrow{AB}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{AC}\)