Bài 3. Cho tứ giác \(ABCD\). Chứng minh rằng tứ giác đó là hình bình hành khi và chỉ khi \(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{DC}\).
Giải
Ta chứng minh hai mệnh đề:
*) Khi \(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{DC}\) thì \(ABCD\) là hình bình hành.
Thật vậy, theo định nghĩa của vec tơ bằng nhau thì:
\(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{DC}\)  ⇔ \(\left | \overrightarrow{AB} \right |\) = \(\left | \overrightarrow{DC} \right |\) và \(\overrightarrow{AB}\) và \(\overrightarrow{DC}\) cùng hướng.
 \(\overrightarrow{AB}\) và \(\overrightarrow{DC}\) cùng hướng suy ra \(\overrightarrow{AB}\) và \(\overrightarrow{DC}\) cùng phương, suy ra giá của chúng song song với nhau,
hay \(AB // DC\)                          (1)
Ta lại có  \(\left | \overrightarrow{AB} \right |\) = \(\left | \overrightarrow{DC} \right |\) suy ra \(AB = DC\)   (2)
Từ (1) và (2), theo dấu hiệu nhận biết hình bình hành, tứ giác \(ABCD\) có một cặp cạnh song song và bằng nhau nên nó là hình bình hành. 
*) Khi \(ABCD\) là hình bình hành thì \(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{CD}\)
  Khi \(ABCD\) là hình bình hành thì \(AB // CD\). Dễ thấy, từ đây ta suy ra hai vec tơ \(\overrightarrow{AB}\) và \(\overrightarrow{CD}\) cùng hướng     (3)
Mặt khác \(AB = CD\) suy ra \(\left | \overrightarrow{AB} \right |\) = \(\left | \overrightarrow{CD} \right |\)          (4)
Từ (3) và (4) suy ra  \(\overrightarrow{AB}\) = \(\overrightarrow{CD}\).