Bài giải:

Vì △ABF đều => AB = BF = AF và ABF = AFB = FAB = 60^o      (1)

Vì △ACE đều => AC = CE = AE và ACE = AEC = CAE = 60^o    (2)

Từ (1) và (2) => FAB = CAE = 60^o   

Ta có: FAC = FAB + BAC

           BAE = CAE + BAC

Mà FAB = CAE (cmt)

=> FAC = BAE

Xét △FAC và △BAE

Có: AF = AB (cmt)

    FAC = BAE (cmt)

      AC = AE (cmt)

=> △FAC = △BAE (c.g.c)

=> FC = BE (2 cạnh tương ứng)

3) Chứng minh EM là tiếp tuyến của đường tròn ngoại tiếp tam giác BEF

Tứ giác BFEC có  B E C ^ = B F C ^ = 90 0

=> tứ giác BFEC nội tiếp đường tròn đường kính BC

Gọi O là tâm đường tròn ngoại tiếp tứ giác BFEC thì O cũng là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BEF

∆ OBE cân tại O (do OB=OE) => O B E ^ = O E B ^

∆ AEH vuông tại E có EM là trung tuyến ứng với cạnh huyền AH (Vì M là trung điểm AH)

=> ME=AH:2= MH do đó  ∆ MHE cân tại M=> M E H ^ = M H E ^ = B H D ^

Mà B H D ^ + O B E ^ = 90 0 ( ∆ HBD vuông tại D)

Nên  O E B ^ + M E H ^ = 90 0 Suy ra  M E O ^ = 90 0

⇒ E M ⊥ O E tại E thuộc ( O ) => EM là tiếp tuyến của đường tròn ngoại tiếp tam giác BEF

4) Gọi I và J tương ứng là tâm đường tròn nội tiếp hai tam giác BDF và EDC. Chứng minh DIJ ^   =   DFC ^  

Tứ giác AFDC có A F C ^ = A D C ^ = 90 0  nên tứ giác AFDC nội tiếp đường tròn =>  B D F ^ = B A C ^

∆ BDF và  ∆ BAC có  B D F ^ = B A C ^  (cmt); B ^ chung do đó  ∆ BDF  ~   ∆ BAC(g-g)

Chứng minh tương tự ta có  ∆ DEC ~   ∆ ABC(g-g)

Do đó  ∆ DBF ~ ∆ DEC  ⇒ B D F ^ = E D C ^ ⇒ B D I ^ = I D F ^ = E D J ^ = J D C ^ ⇒ I D J ^ = F D C ^ (1)

Vì  ∆ DBF ~ ∆ DEC (cmt); DI là phân giác, DJ là phân giác  ⇒ D I D F = D J D C  (2)

Từ (1) và (2) suy ra  ∆ DIJ ~ ∆ DFC (c-g-c) =>  DIJ ^   =   DFC ^  

Gọi M là trung điểm BC ; N là điểm đối xứng với H qua M.

M là trung điểm của BC và HN nên BNCH là hình bình hành

\(\Rightarrow NC//BH\)

Mà \(BH\perp AC\Rightarrow NC\perp AC\)hay AN là đường kính của đường tròn ( O ) 

Dễ thấy OM là đường trung bình \(\Delta AHN\) suy ra \(OM=\frac{1}{2}AH\)

M là trung điểm BC nên OM \(\perp\)BC

Xét \(\Delta AHG\)và \(\Delta OGM\)có :

\(\widehat{HAG}=\widehat{GMO}\); \(\frac{GM}{GA}=\frac{OM}{HA}=\frac{1}{2}\)

\(\Rightarrow\Delta AGH~\Delta MOG\left(c.g.c\right)\Rightarrow\widehat{AGH}=\widehat{MGO}\)hay H,G,O thẳng hàng

gọi E,F,T lần lượt là trung điểm của AB,CD,BD

Đường thẳng ME cắt NF tại S

Vì AC = BD \(\Rightarrow EQFP\)là hình thoi \(\Rightarrow EF\perp PQ\)( 1 )

Xét \(\Delta TPQ\)và \(\Delta SEF\)có : \(ME\perp AB,TP//AB\)

Tương tự , \(NF\perp CD;\)\(TQ//CD\)

\(\Rightarrow\Delta TPQ~\Delta SEF\)( Góc có cạnh tương ứng vuông góc )

\(\Rightarrow\frac{SE}{SF}=\frac{TP}{TQ}=\frac{AB}{CD}\)

Mặt khác : \(\Delta MAB~\Delta NCD\Rightarrow\frac{AB}{CD}=\frac{ME}{NF}\)( tỉ số đường cao = tỉ số đồng dạng )

Suy ra : \(\frac{ME}{NF}=\frac{SE}{SF}\)\(\Rightarrow EF//MN\)( 2 )

Từ ( 1 ) và ( 2 ) suy ra \(MN\perp PQ\)