Xét tam giác AMC và tam giác EMB có:
MA = MB (M là trung điểm AB)
MC = ME (gt)
∠AMC = ∠EMB (đối đỉnh)
=> ΔAMC = ΔEMB (c.g.c)
=> AC = EB và ∠MAC = ∠MBE (hai góc tương ứng)
Chứng minh tương tự, xét tam giác ANB và tam giác FNC, ta có:
NA = NC (N là trung điểm AC)
NB = NF (gt)
∠ANB = ∠FNC (đối đỉnh)
=> ΔANB = ΔFNC (c.g.c)
=> AB = FC và ∠NAB = ∠NCF (hai góc tương ứng)
Từ AC = EB và AB = FC, ta có tứ giác ACEB và AFBC là hình bình hành (vì có các cặp cạnh đối bằng nhau).
Trong hình bình hành ACEB, hai đường chéo AE và BC cắt nhau tại M.
Trong hình bình hành AFBC, hai đường chéo AF và BC cắt nhau tại N.
Vì M và N đều là trung điểm của BC nên M trùng N. Do đó, A, M, F thẳng hàng.
Vì M là trung điểm của AE và F thuộc đường thẳng AE sao cho M cũng là trung điểm của AF.
Vậy A là trung điểm của EF. (đpcm)