* Xét tam giác COD:
* Vì ABCD là hình thang cân nên CO = DO (tính chất đường chéo của hình thang cân).
* Góc COD = 60° (giả thiết).
* Vậy tam giác COD là tam giác đều.
* Suy ra: CO = OD = CD.
* Xét tam giác AOD:
* Vì CO = DO (cmt) và AO chung, AD = BC (tính chất hình thang cân)
* Nên tam giác AOD = tam giác BOC (c.c.c).
* Suy ra: góc DAO = góc CBO.
* Xét tam giác AMO và tam giác BNO:
* AM = BN (vì M, N là trung điểm AD, BC)
* Góc MAO = góc NBO (cmt)
* AO = BO (cmt)
* Nên tam giác AMO = tam giác BNO (c.g.c).
* Suy ra: MO = NO và góc AOM = góc BON.
* Xét tam giác MON:
* MO = NO (cmt)
* Góc M AOB - góc AOM - góc B - 2 góc AOM (vì góc AOM = góc BON)
* Mà góc AOM + góc MOC = 60° (vì tam giác COD đều)
* Nên góc M - 2(60° - góc MOC) = 120° + 2 góc MOC.
* Vậy tam giác MON cân tại O.
* Kẻ đường cao OH của tam giác MON:
* OH chia MN thành hai đoạn bằng nhau: MH = NH.
* Xét tam giác COH vuông tại H:
* CO = CD (cmt)
* Góc COH = 30° (vì tam giác COD đều)
* Suy ra: OH = 1/2 CO = 1/2 CD.
* Xét tam giác AOC:
* OH là đường trung bình của tam giác AOC (vì H là trung điểm OC và OH // AC).
* Nên AC = 2OH = CD.
Kết luận:
Từ (1) và (6) suy ra: AC = 2MN.
Vậy ta đã chứng minh được AC = 2MN.