Bài 9 trang 12 SGK Hình học 10

Phương pháp giải
Với quy tắc ba điểm tùy ý \(A, B, C\) ta luôn có:
\(+) \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {BC} = \overrightarrow {AC} \) (quy tắc ba điểm).
\(+) \overrightarrow {AB} - \overrightarrow {AC} = \overrightarrow {CB} \) (quy tắc trừ).
Lời giải chi tiết

Ta chứng minh hai mệnh đề.
a) Cho \(\overrightarrow{AB}= \overrightarrow{CD}\) thì \(AD\) và \(BC\) có trung điểm trùng nhau.
Gọi \(I\) là trung điểm của \(AD\) ta chứng minh \(I\) cũng là trung điểm của \(BC\).
Theo quy tắc của ba điểm của tổng, ta có
\(\overrightarrow{AB}= \overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IB}\);
\(\overrightarrow{CD}= \overrightarrow{CI}+ \overrightarrow{ID}\)
Vì \(\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{CD}\) nên \(\overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IB}= \overrightarrow{CI}+ \overrightarrow{ID}\)
\(\Rightarrow \overrightarrow{AI} - \overrightarrow{ID} = \overrightarrow{CI} - \overrightarrow{IB}\)
\(\Rightarrow\overrightarrow{AI} + \overrightarrow{DI} = \overrightarrow{CI} + \overrightarrow{BI}\) (1)
Vì \(I\) là trung điểm của \(AD\) nên \(\overrightarrow {IA} + \overrightarrow {ID} = \overrightarrow 0 \Leftrightarrow \overrightarrow{AI} + \overrightarrow{DI} = \overrightarrow{0}\) (2)
Từ (1) và (2) suy ra \(\overrightarrow{CI} + \overrightarrow{BI} = \overrightarrow{0} \Leftrightarrow \overrightarrow {IC} + \overrightarrow {IB} = \overrightarrow 0 \) (3)
Đẳng thức (3) chứng tỏ \(I\) là trung điểm của \(BC\).
b) \(AD\) và \(BC\) có cùng trung điểm \(I\), ta chứng minh \(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{CD}\).
\(I\) là trung điểm của \(AD\) \( \Leftrightarrow \overrightarrow {IA} + \overrightarrow {ID} = \overrightarrow 0 \Rightarrow \overrightarrow{AI} + \overrightarrow{DI} = \overrightarrow{0}\) \(\Rightarrow\overrightarrow{AI} - \overrightarrow{ID} =\overrightarrow{0}\)
\(I\) là trung điểm của \(BC\) \( \Leftrightarrow \overrightarrow {IC} + \overrightarrow {IB} = \overrightarrow 0 \) \(\Rightarrow \overrightarrow{CI} + \overrightarrow{BI}= \overrightarrow{0}\) \(\Rightarrow \overrightarrow{CI} - \overrightarrow{IB}= \overrightarrow{0}\)
Suy ra \(\overrightarrow{AI} - \overrightarrow{ID}= \overrightarrow{CI}- \overrightarrow{IB}\)
\(\Rightarrow \overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IB} = \overrightarrow{CI}+ \overrightarrow{ID}\) \(\Rightarrow \overrightarrow{AB}= \overrightarrow{CD}\) (đpcm)
Cách khác:
Gọi trung điểm của AD là I, trung điểm BC là J.
Khi đó ta có: \(\overrightarrow {IA} + \overrightarrow {ID} = \overrightarrow 0 ,\overrightarrow {JB} + \overrightarrow {JC} = \overrightarrow 0 \)
Mà theo quy tắc ba điểm ta có:
$\overrightarrow{\mathrm{IJ}}=\overrightarrow{\mathrm{IA}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{BJ}}$
$\overrightarrow{\mathrm{IJ}}=\overrightarrow{\mathrm{ID}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\overrightarrow{\mathrm{CJ}}$
$\Rightarrow \overrightarrow{\mathrm{IJ}}+\overrightarrow{\mathrm{IJ}}=\overrightarrow{\mathrm{IA}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{BJ}}+\overrightarrow{\mathrm{ID}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\overrightarrow{\mathrm{CJ}}$
$=(\overrightarrow{\mathrm{IA}}+\overrightarrow{\mathrm{ID}})+(\overrightarrow{\mathrm{JB}}+\overrightarrow{\mathrm{JC}})+(\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}})$
$=\overrightarrow{0}+\overrightarrow{0}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}}$
$=\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}}$
$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{\mathrm{CD}} \Leftrightarrow \overrightarrow{\mathrm{AB}}-\overrightarrow{\mathrm{CD}}=\overrightarrow{0}$
$\Leftrightarrow \overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{DC}}=\overrightarrow{0} \Leftrightarrow \overrightarrow{\mathrm{IJ}}=\overrightarrow{0}$
⇔ I ≡ J hay trung điểm AD và BC trùng nhau (đpcm).