Với mỗi điểm $(x,y)$ trong mặt phẳng tọa độ người ta cho ứng với một số thực $f(x,y)$. Giả sử rằng:
(a) $f(x,0)=ax$ với $a$ là một hằng số khác không;
(b) nếu $(x_1,y_1)$ và $(x_2,y_2)$ là hai điểm phân biệt mà $f(x_1,y_1)=f(x_2,y_2)$ thì $f(x,y)$ có giá trị không đổi tại mọi điểm của đường thẳng đi qua hai điểm đó.
Hãy chứng minh rằng:
(a) với mọi số thực $\alpha$, tập hợp tất cả các điểm $(x,y)$ tại đó $f(x,y)=\alpha$ là một đường thẳng $D_\alpha$ và tất cả các đường thẳng $D_\alpha$ đó đều song song với nhau;
(b) với mọi $x,y$ ta có $f(x,y)=ax+by$, trong đó $b$ là một hằng số.
Cho một vòng tròn cố định tâm $O$ bán kính $R$ với hai đường kính vuông góc cố định $AB,CD$ và tiếp tuyến $At$ tại điểm $A$. Một điểm $M$ chạy trên đường tròn đó, các đường thẳng $BM,DM$ cắt $At$ theo thứ tự ở $P$ và $Q$.
(a) Khi điểm $M$ chạy trên đường tròn thì $P,Q$ luôn có mối liên hệ sau đây: khoảng cách giữa hai điểm $P$ và $Q$ là tỉ lệ thứ tư của ba đoạn thẳng $AP,AQ$ và đường kính. Sau đó tìm cách biểu diễn mối liên hệ này bằng một công thức đơn giản nhất.
(b) Dùng thước và compa dựng điểm $M$ sao cho $BQ$ và $DP$ song song với nhau.
(c) Hai đường thẳng $OP$ và $BQ$ cắt nhau ở $N$. Dự đoán quỹ tích của $N$ rồi chứng minh nó.
(d) $BP$ và $BQ$ cắt tiếp tuyến ở điểm $D$ theo thứ tự ở $P'$ và $Q'$. Có nhận xét gì về mối liên hệ giữa $P'$ và $Q'$? Chứng minh nhận xét đó. $DP$ và $DQ$ cắt đường thẳng $BC$ ở $P''$ và $Q''$. Có nhận xét gì về mối liên hệ giữa $P''$ và $Q''$? Chứng minh nhận xét đó.
Chú thích biên tập: xét các cấu hình mà các đường thẳng đã nêu và giao điểm hữu hạn được xác định. Giữ nguyên câu chữ nguồn ở (a), kể cả thứ tự ba độ dài, để phân tích trong lời giải.
Cho một khối lập phương $ABCDEFGH$ và một mặt phẳng $P$ đi qua đỉnh $A$ và với ba cạnh $AB,AD,AE$ ba góc bằng nhau.
(a) Tính cosin chung của ba góc bằng nhau đó và dựng hình chiếu vuông góc của khối lập phương xuống mặt phẳng $P$.
(b) Căn cứ vào hình chiếu này để phát hiện ra những quan hệ đáng chú ý (càng phát hiện càng nhiều càng tốt) giữa mặt phẳng $P$ với các đường thẳng nối các cặp điểm lấy trong tám điểm $A,B,C,D,E,F,G,H$ và các mặt phẳng chứa từng bộ ba điểm cũng lấy trong tám điểm đó.