a) Chứng minh ΔAMB = ΔDMC và AB = DC:
Xét hai tam giác AMB và DMC, ta có:
MA = MD (giả thiết)
MB = MC (M là trung điểm BC)
∠AMB = ∠DMC (hai góc đối đỉnh)
Vậy ΔAMB = ΔDMC (c.g.c).
Từ hai tam giác bằng nhau suy ra AB = DC (hai cạnh tương ứng).
b) Chứng minh BD // AC:
Vì ΔAMB = ΔDMC (chứng minh trên) nên ∠MAB = ∠MDC (hai góc tương ứng).
Mà hai góc này ở vị trí so le trong.
Vậy BD // AC.
c) Chứng minh I, M, K thẳng hàng:
Đây là phần khó nhất của bài toán. Ta sẽ chứng minh bằng cách chứng minh góc IMK là góc bẹt (180°).
Vì MI ⊥ AC và BD // AC (chứng minh trên) nên MI ⊥ BD.
Mà MK ⊥ BD (giả thiết).
Vậy MI và MK cùng vuông góc với BD tại M.
Theo tiên đề Euclid (hoặc tính chất duy nhất của đường thẳng vuông góc), chỉ có một đường thẳng duy nhất đi qua M và vuông góc với BD.
Do đó, MI và MK trùng nhau, hay I, M, K thẳng hàng.