Bài 19 trang 18 Sách giáo khoa (SGK) Hình học 10 Nâng cao

Đề bài

Chứng minh rằng \(\overrightarrow {AB}  = \overrightarrow {CD} \) khi và chỉ khi trung điểm của hai đoạn thẳng \(AD\) và \(BC\) trùng nhau.

Lời giải chi tiết

Giả sử \(\overrightarrow {AB}  = \overrightarrow {CD} \) và \(M, N\) lần lượt là trung điểm của \(AD,BC\).

Ta có \(\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MD}  = \overrightarrow 0 ,\,\overrightarrow {NB}  + \overrightarrow {NC}  = \overrightarrow 0 \) và \(\overrightarrow {MN}  = \overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BN} ,\,\overrightarrow {MN}  = \overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {DC}  + \overrightarrow {CN} \) suy ra

\(\eqalign{
& 2\overrightarrow {MN} = \overrightarrow {MN} + \overrightarrow {MN} = \overrightarrow {MA} + \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {BN} + \overrightarrow {MD} + \overrightarrow {DC} + \overrightarrow {CN} \cr 
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \left( {\overrightarrow {MA} + \overrightarrow {MD} } \right) + \left( {\overrightarrow {BN} + \overrightarrow {CN} } \right) + \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {DC} \cr 
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {DC} = \overrightarrow {AB} - \overrightarrow {CD} \cr 
& \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \overrightarrow 0 \cr} \)

Do đó, \(\overrightarrow {MN}  = \overrightarrow 0 \) , tức là \(M \equiv N\).

Vậy trung điểm của hai đoạn thẳng \(AD\) và \(BC\) trùng nhau.

Ngược lại, ta giả sử trung điểm của hai đoạn thẳng \(AD\) và \(BC\) trùng nhau, suy ra

 \(\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MD}  = \overrightarrow 0 ,\,\overrightarrow {MB}  + \overrightarrow {MC}  = \overrightarrow 0 \)

Suy ra \(\overrightarrow {AB}  = \overrightarrow {AM}  + \overrightarrow {MB}  = \overrightarrow {CM}  + \overrightarrow {MD}  = \overrightarrow {CD} \).