Câu hỏi:

Gọi S là diện tích tam giác ABC. Vì AB = AC = 30cm và tam giác ABC vuông tại A nên $S = \frac{1}{2}AB.AC = \frac{1}{2}.30.30 = 450 \text{ cm}^2$.

Vì G là trọng tâm tam giác ABC nên CG = $\frac{2}{3}$CE. Suy ra diện tích tam giác AGC = $\frac{2}{3}$ diện tích tam giác ACE.

Mà diện tích tam giác ACE = $\frac{1}{2}$ diện tích tam giác ABC (vì E là trung điểm AB).

Do đó diện tích tam giác AGC = $\frac{2}{3}.\frac{1}{2}.S = \frac{1}{3}S$.

Tương tự, diện tích tam giác BGC = $\frac{1}{3}S$.

Suy ra diện tích tam giác AGB = $S - \frac{1}{3}S - \frac{1}{3}S = \frac{1}{3}S$.

Vì F là trung điểm BC nên diện tích tam giác GFC = $\frac{1}{2}$ diện tích tam giác BGC = $\frac{1}{2}.\frac{1}{3}S = \frac{1}{6}S = \frac{1}{6}.450 = 75 \text{ cm}^2$.

Gọi $M$ là trung điểm $BC$, ta có $\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AC} = 2\overrightarrow{AM}$.

Vì $ABC$ là tam giác đều cạnh $a$ nên $AM$ là đường trung tuyến đồng thời là đường cao.

$AM = \frac{a\sqrt{3}}{2}$.

Do đó, $|\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AC}| = |2\overrightarrow{AM}| = 2AM = 2.\frac{a\sqrt{3}}{2} = a\sqrt{3}$.

Ta có M là trung điểm của BC nên $\overrightarrow{MB} = -\overrightarrow{MC}$ và $\overrightarrow{MC} = \frac{1}{2}\overrightarrow{BC}$.

Ta có: $\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{AM} + \overrightarrow{MB} = \overrightarrow{AM} - \overrightarrow{BM} = \overrightarrow{AM} - \frac{1}{2}\overrightarrow{BC}$.

Gọi $A(a;0)$ và $B(0;b)$. Ta có $AB = 1$ nên $AB^2 = 1$.

$AB^2 = (a-0)^2 + (0-b)^2 = a^2 + b^2 = 1$.

Ta có góc $\widehat{xOy} = 30^\circ$. Sử dụng định lý hàm số cosin trong tam giác OAB, ta có:

$AB^2 = OA^2 + OB^2 - 2.OA.OB.cos(\widehat{xOy})$

$1 = a^2 + b^2 - 2ab.cos(30^\circ)$

$1 = a^2 + b^2 - 2ab.\frac{\sqrt{3}}{2}$

$1 = a^2 + b^2 - ab\sqrt{3}$

Mặt khác, ta có $OA^2 + OB^2 = a^2 + b^2 = 1$ nên $a^2 = 1 - b^2$.

$1 = 1 - ab\sqrt{3}$

$ab\sqrt{3} = 0$, điều này không đúng vì A và B là hai điểm di động.

Ta có $\widehat{AOB} > 0$ và $AB = 1$.

Áp dụng định lý sin:

$\frac{AB}{sin(\widehat{AOB})} = \frac{OB}{sin(\widehat{OAB})} = \frac{OA}{sin(\widehat{OBA})}$

$\frac{1}{sin(30^\circ)} = \frac{OB}{sin(\widehat{OAB})}$

$OB = \frac{sin(\widehat{OAB})}{sin(30^\circ)} = 2sin(\widehat{OAB})$

$OB$ lớn nhất khi $sin(\widehat{OAB}) = 1$, tức là $\widehat{OAB} = 90^\circ$.

Khi đó $OB = 2$.

Ta có K là trung điểm MN nên $\overrightarrow{AK} = \frac{1}{2}(\overrightarrow{AM} + \overrightarrow{AN})$

M là trung điểm AB nên $\overrightarrow{AM} = \frac{1}{2}\overrightarrow{AB}$.

$NC = 2NA$ suy ra $\overrightarrow{AN} = \frac{1}{3}\overrightarrow{AC}$

Do đó $\overrightarrow{AK} = \frac{1}{2}(\frac{1}{2}\overrightarrow{AB} + \frac{1}{3}\overrightarrow{AC}) = \frac{1}{4}\overrightarrow{AB} + \frac{1}{6}\overrightarrow{AC}$