Đề bài
Cho tam giác ABC có trung tuyến AM. Chứng minh rằng:
a) cosˆAMB+cosˆAMC=0;
b) MA2+MB2−AB2=2.MA.MB.cosˆAMB và MA2+MC2−AC2=2.MA.MC.cosˆAMC;
c) MA2=2(AB2+AC2)−BC24 (công thức đường trung tuyến).
a) Giá trị lượng giác của hai góc bù nhau:
−cosx=cos(180o−x).
b) Định lí cos: a2=b2+c2−2bccosA cho tam giác tương ứng.
c) Suy ra từ b, lưu ý rằng: {cosˆAMC+cosˆAMB=0MB=MC=BC2
Lời giải chi tiết

a) Ta có: ˆAMB+ˆAMC=180o
⇒cosˆAMB=−cosˆAMC
hay cosˆAMB+cosˆAMC=0.
b) Áp dụng định lí cos trong tam giác AMB ta có:
AB2=MA2+MB2−2MA.MBcosˆAMB
⇔MA2+MB2−AB2=2MA.MBcosˆAMB (1)
Tương tự, áp dụng định lí cos trong tam giác AMB ta được:
AC2=MA2+MC2−2MA.MCcosˆAMC
⇔MA2+MC2−AC2=2MA.MCcosˆAMC (2)
c) Từ (1), suy ra MA2=AB2−MB2+2MA.MBcosˆAMB.
Từ (2), suy ra MA2=AC2−MC2+2MA.MCcosˆAMC.
Cộng vế với vế ta được:
2MA2=(AB2−MB2+2MA.MBcosˆAMB)
+(AC2−MC2+2MA.MCcosˆAMC)
⇔2MA2=AB2+AC2−MB2−MC2
+2MA.MBcosˆAMB+2MA.MCcosˆAMC.
Mà: MB=MC=BC2 (do AM là trung tuyến)
⇒2MA2=AB2+AC2−(BC2)2−(BC2)2
+2MA.MBcosˆAMB+2MA.MBcosˆAMC
⇔2MA2=AB2+AC2−2.(BC2)2
+2MA.MB(cosˆAMB+cosˆAMC)
⇔2MA2=AB2+AC2−BC22
⇔MA2=AB2+AC2−BC222
⇔MA2=2(AB2+AC2)−BC24.
Cách 2:
Theo ý a, ta có: cosˆAMC=−cosˆAMB
Từ đẳng thức (1): suy ra cosˆAMB=MA2+MB2−AB22.MA.MB
⇒cosˆAMC=−cosˆAMB=−MA2+MB2−AB22.MA.MB.
Thế cosˆAMCvào biểu thức (2), ta được:
MA2+MC2−AC2=2MA.MC.(−MA2+MB2−AB22.MA.MB)
Lại có: MB=MC=BC2 (do AM là trung tuyến)
⇒MA2+(BC2)2−AC2=2MA.MB.(−MA2+MB2−AB22.MA.MB)
⇔MA2+(BC2)2−AC2=−(MA2+MB2−AB2)
⇔MA2+(BC2)2−AC2+MA2+(BC2)2−AB2=0
⇔2MA2−AB2−AC2+BC22=0
⇔2MA2=AB2+AC2−BC22
⇔MA2=AB2+AC2−BC222
⇔MA2=2(AB2+AC2)−BC24.