a. Ta có DM=DN (vì tam giác DEF cân tại D) và EM=MF (vì M là trung điểm của DF). Tương tự, ta cũng có FN=NE (vì N là trung điểm của DE). Khi đó, ta có EM=MF=FN=NE, suy ra EM=FN.
Xét tam giác DEM và tam giác DFN có:
- DE=DF (vì tam giác DEF cân tại D)
- DM=DN (đã chứng minh ở trên)
- EM=FN (đã chứng minh ở trên)
Do đó, theo trường hợp đa dạng của định lí cạnh-cạnh-cạnh, ta có tam giác DEM đồng dạng với tam giác DFN. Từ đó, suy ra ˆDEM=ˆDFN. Nhưng ˆDEM vuông (vì DH vuông góc với EF), nên ˆDFN cũng vuông. Vậy, ta có ˆDEM=ˆDFN=90 độ.
b. Gọi K là giao điểm của EM và FN. Ta cần chứng minh KE=KF.
Ta có:
- DM=DN (vì tam giác DEF cân tại D)
- EM=MF (vì M là trung điểm của DF)
- FN=NE (vì N là trung điểm của DE)
Do đó, ta có tam giác DEM đồng dạng với tam giác DFN. Từ đó, suy ra ˆDEM=ˆDFN. Nhưng ˆDEM vuông (vì DH vuông góc với EF), nên ˆDFN cũng vuông. Vậy, ta có ˆDEM=ˆDFN=90 độ.
Khi đó, ta có tam giác DEM và tam giác DFN là hai tam giác vuông cân có cạnh chung là DF. Do đó, ta có:
- DE/2=DM (vì M là trung điểm của DF)
- DF/2=DN (vì N là trung điểm của DE)
Từ đó, suy ra:
- DE=2DM
- DF=2DN
Giả sử K nằm trên EM sao cho KE≠KM. Khi đó, ta có tam giác DKM đồng dạng với tam giác DFN (do có hai góc vuông bằng nhau). Từ đó, suy ra:
- KM/KF=DN/DF (vì tam giác DKM đồng dạng với tam giác DFN)
- KM/KE=DM/DE (vì tam giác DKM đồng dạng với tam giác DEM)
Từ hai phương trình trên, ta có:
- KM/KF=(1/2)/(2/1)=1/4
- KM/KE=(1/2)/(1/2)=1
Do đó, ta có KE=4KF, mâu thuẫn với giả thiết KE≠KF. Vậy, ta phải có KE=KF.
c. Ta cần chứng minh EM, FN, DH đồng quy.