Liên hệ giữa cung và dây

+) Trong một đường tròn, đường kính đi qua điểm chính giữa của một cung thì đi qua trung điểm của dây căng cung ấy.

+) Trong một đường tròn, đường kính đi qua trung điểm của một dây ( không đi qua tâm ) thì đi qua điểm chính giữa của cung bị căng bởi dây ấy.

+) Trong một đường tròn, đường kính đi qua điểm chính giữa của một cung thì vuông góc với dây căng cung ấy và ngược lại.

Vì tam giác $ABC$ cân tại $A$ có $\widehat A = 66^\circ  \Rightarrow \widehat B = \widehat C = \dfrac{{180^\circ  - \widehat A}}{2} = \dfrac{{180^\circ  - 66^\circ }}{2} = 57^\circ $

Vì $\widehat A > \widehat B = \widehat C$ nên theo mối liên hệ giữa cạnh và góc trong tam giác ta có $BC > AB = AC$

Theo mối liên hệ giữa cung và dây ta có  $\overparen{BC}$ $ > $  $\overparen{AB}$ $ = $  $\overparen{AC}$.

Vì $\widehat {COD} < \widehat {AOB}$ nên cung $CD$ nhỏ hơn cung $AB$, từ đó dây $CD < AB$ (*)

Xét tam giác $OCD$ cân tại $O$ có $\widehat {COD} = 60^\circ $ nên $\Delta COD$ là tam giác đều $ \Rightarrow CD = R$

$AB$ là dây không đi qua tâm nên $AB < 2R \Rightarrow AB < 2CD$ (**)

Từ (*) và (**) ta có $CD < AB < 2CD$

Vì trong một đường tròn hai cung bằng nhau căng hai dây bằng nhau nên ta đi so sánh các đoạn thẳng $HB;MB;MH$.

Xét tam giác $BCH$ vuông tại $H$ có $\cos B = \dfrac{{HB}}{{BC}} \Leftrightarrow \dfrac{{HB}}{{BC}} = \cos 60^\circ  = \dfrac{1}{2} \Rightarrow HB = \dfrac{{BC}}{2} = BM = CM$

Xét tam giác $HBM$ có $BM = BH$ (cmt) và $\widehat {ABC} = 60^\circ $ nên $\Delta HBM$ là tam giác đều

$ \Rightarrow BM = BH = HM$

Suy ra ba cung $HB;MB;MH$ bằng nhau.

Vì hai dây $MC{\rm{//}}AN$ nên hai cung $AM$ và cung $CN$ bằng nhau, hay $AM = CN$

Suy ra $MCNA$ là hình thang cân $ \Rightarrow MN = AC$.

Gọi $H$ là giao của $CD$ và $AB$. Khi đó vì $AB \bot CD$ tại $H$ nên $H$ là trung điểm của $AB \Rightarrow AH = \dfrac{{AB}}{2} = \dfrac{{R\sqrt 3 }}{2}$

Xét tam giác vuông $AHO$, theo định lý Pytago ta có $OH = \sqrt {A{O^2} - A{H^2}}  = \dfrac{R}{2}$$ \Rightarrow CH = \dfrac{{3R}}{2}$

Theo định lý Pytago cho tam giác $ACH$ vuông ta có $AC = \sqrt {C{H^2} + A{H^2}}  = R\sqrt 3 $

Vậy $MN = R\sqrt 3 $.

Xét $\left( O \right)$ có $BE$ là đường kính và $A \in \left( O \right)$$ \Rightarrow AE \bot AB$ mà $CD \bot AB$$ \Rightarrow AE{\rm{//}}CD$

Nên cung $AC$ bằng cung $ED$ hay $AC = ED.$

Xét các tam giác vuông $\Delta IAC$ và $\Delta IBD$ ta có

$I{A^2} + I{C^2} = A{C^2};$

$I{B^2} + I{D^2} = B{D^2} $

$\Rightarrow I{A^2} + I{C^2} + I{B^2} + I{D^2} $

$= A{C^2} + B{D^2} $

$= E{D^2} + B{D^2}$

Mà $\Delta BED$ vuông tại $D$ nên $E{D^2} + B{D^2} = E{B^2} = {\left( {2R} \right)^2} = 4{R^2}$

Vậy $I{A^2} + I{C^2} + I{B^2} + I{D^2} = 4{R^2}$.

Xét $\left( {O'} \right)$ có $OA$ là đường kính và $E \in \left( {O'} \right)$ nên $OE \bot AC$

Tương tự với $\left( O \right)$ ta có $BC \bot AC$ nên $OE{\rm{//}}BC$ mà $O$ là trung điểm của $AB$

$ \Rightarrow $ $E$ là trung điểm của $AC$

$ \Rightarrow $ $OE = \dfrac{1}{2}BC.$

Tương tự $OF = \dfrac{1}{2}DB$ mà cung $BC$ nhỏ hơn cung $BD$ nên

$BC < BD \Rightarrow OE < OF$ .

Theo định lý Pytago ta có : $A{E^2} = A{O^2} - O{E^2}$ và $A{F^2} = A{O^2} - O{F^2}$ mà $OE < OF$

$ \Rightarrow A{E^2} > A{F^2} \Rightarrow AE > AF$.