第一个问题:
令PQ与CD的交点为G.
∵ABCD是矩形,∴QB⊥BC、BC⊥GC,又GQ⊥QB,∴BCGQ是矩形,
∴GQ=BC、QB=GC=n、∠CGP=90°.
∴由勾股定理,有:CP^2=GP^2+GC^2=(PQ-GQ)^2+n^2=(PQ-BC)^2+n^2.
由切线长定理,有:CP=BC,∴BC^2=(PQ-BC)^2+n^2.······①
∵AB是直径,∴AP⊥BP,又PQ⊥AB.
∴由射影定理,有:PQ^2=AQ×QB=mn,∴PQ=√(mn).······②
由①、②,得:BC^2=[√(mn)-BC]^2=n^2=mn-2√(mn)BC+BC^2+n^2,
∴BC=(mn+n^2)/[2√(mn)].
∵MQ⊥AB、CB⊥AB,∴MQ∥CB,∴△AMQ∽△ACB,∴MQ/BC=AQ/AB,
∴MQ=AQ×BC/AB=m{(mn+n^2)/[2√(mn)]}/(m+n)==(1/2)√(mn).
由PQ=√(mn)、MQ=(1/2)√(mn),得:MQ=PQ/2,∴M是PQ的中点,
∴AC平分PQ于M.
第二个问题:
过E作EH⊥AB交AB于H.
容易证得:BCEH、ADEH都是矩形,∴AH=DE、CE=BH、EH=BC=AD,∠BCE=90°.
∵AB是直径,∴AE⊥BE,又EH⊥AB.
∴由射影定理,有:EH^2=AH×BH,∴BC^2=DE×CE.
∵ABCD是矩形,∴∠ADF=∠BCE=90°、AD=BE、FE∥AB,∴AF=BC,
∴Rt△ADF≌Rt△BCE,∴DF=CE,∵DF+FE=CE+FE,∴DE=CF.
由BC^2=DE×CE、DE=CF,得:BC^2=CE×CF.
由锐角三角函数定义,有:tan∠EBC=BC/CE、tan∠FBC=BC/CF.
∴tan∠EBC+tan∠FBC=BC/CE+BC/CF=BC(CE+CF)/CE×CF=BC(CE+DE)/BC^2,
∴tan∠EBC+tan∠FBC=AB/BC=(m+n)/{(mn+n^2)/[2√(mn)]}=2√(m/n).
而tan∠EBCtan∠FBC=(BC/CE)(BC/CF)=BC^2/(CE×CF)=1.
∴由韦达定理可知,tan∠EBC、tan∠FBC是下列方程 x^2-2[√(m/n)]x+1=0 的两根.
方程 x^2-2[√(m/n)]x+1=0 两边同乘以√n,得:(√n)x^2-2(√m)x+√n=0.
∴tan∠EBC、tan∠FBC是方程(√n)x^2-2(√m)x+√n=0 的两根.