Do I là giao điểm các đường phân giác nên I cách đều 3 cạnh của tam giác ABC.
Gọi D, E, F lần lượt là chân đường vuông góc hạ từ I xuống AB, AC, BC.
Ta có: ID = IE = IF.
Vì G là trọng tâm tam giác ABC nên G là giao điểm của 3 đường trung tuyến.
=>G nằm trên đường trung tuyến AM và GN.
Mà AM và GN đều đi qua trung điểm của BC nên G cũng cách đều 3 cạnh của tam giác ABC.
=>G cũng cách đều 3 điểm D, E, F.
Hay G là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác DEF.
Mà tam giác DEF vuông tại F (vì IF vuông góc với BC) nên G nằm trên đường trung trực của DF.
=>IG vuông góc với BC.
Ta có M là trung điểm của AB nên IM là đường trung tuyến của tam giác ABI.
Tương tự, IN là đường trung tuyến của tam giác ACI.
Vì I là giao điểm các đường phân giác nên góc BAI = góc CAI.
=> tam giác ABI = tam giác ACI (c.g.c).
=>IM = IN.