Mình ủng hộ bài 2 trước:
Trước hết, ta chứng minh bổ đề sau:
* Cho tam giác ABC ngoại tiếp (I) có tiếp điểm của (I) lên AB, AC lần lượt là E, F. Đường thẳng qua B, song song với AC cắt EF tại K; CK cắt AB tại G. Chứng minh rằng tam giác AGI vuông tại I.
Chứng minh:
Do BK // AC nên tam giác BKF cân tại B, suy ra: $BK=BF = p-b $.
Theo định lí Thales thì:
$\frac{BG}{AG}=\frac{BK}{AC}=\frac{p-b}{b} \Rightarrow \frac{AB}{AG} = \frac{p}{b}\Rightarrow AG = \frac{bc}{p} $
Mà $AF=p-a $ nên $\frac{AF}{AG}=\frac{p(p-a)}{bc} $.
Ta cũng có: $AI = \frac{AF}{\sin \frac{A}{2}}, AH = AF. \sin \frac{A}{2} $.
Do đó: $\frac{AH}{AI}=\sin^2 \frac{A}{2} = \frac{1-\cos A}{2} = \frac{1-\dfrac{b^2+c^2-a^2}{2bc}}{2} = \frac{p(p-a)}{bc} $
Suy ra: $\frac{AF}{AG} =\frac{AH}{AI} $.
Tức là AGI vuông tại I.
Bổ đề được chứng minh.
Trở lại bài toán:
1/ Gọi M, N lần lượt là giao điểm của QE với AB và PF với AC.
Theo bổ đề trên, ta thấy rằng tam giác OMA và ONA lần lượt vuông tại O nên các điểm M, N cố định.
2/ Đặt $AB=AC=a, BP=x, CQ=y $. Chu vi của tam giác APQ là $2(a+x+y) $.
Theo bổ đề trên, ta tính được:
$PM =AP - \frac{2AP.PQ}{AP+AQ+PQ}=\frac{(a+x)x}{a+x+y} $ và
$QN =AQ - \frac{2AQ.PQ}{AP+AQ+PQ}=\frac{(a+y)y}{a+x+y} $.
Ta sẽ chứng minh rằng $\frac{xy(a+x)(a+y)}{(a+x+y)^2} $ không đổi.
Thật vậy:
Diện tích của tam giác APQ cùng bằng:
$R(AP+AQ+PQ) = \sin \widehat{BAC}.AP.AQ \Leftrightarrow \frac{(a+x)(a+y)}{a+x+y}=\frac{R}{ \sin \widehat{BAC}} $.
Tức là tỉ số: $\frac{(a+x)(a+y)}{a+x+y} = k $ không đổi, với $k=\frac{R}{ \sin \widehat{BAC}} $
Từ $(a+x)(a+y)=k(a+x+y) \Leftrightarrow a(a+x+y)+xy = k(a+x+y) \Leftrightarrow a+ \frac{xy}{a+x+y} = k $, suy ra tỉ số $\frac{xy}{a+x+y} $ cũng không đổi.
Ta có đpcm.