a)
Vẽ đường trung tuyến

của tam giác

Suy ra

thuộc đường thẳng

Xét hai tam giác

và

ta có

là cạnh chung;

(hai cạnh bên của tam giác cân);

(vì

là trung điểm của

).
Suy ra

(c.c.c).
Do đó

và

(hai góc tương ứng).
Ta có

(hai góc kề bù) và

nên và

hay

Suy ra điểm

thuộc đường thẳng
Do

nên

là tia phân giác của góc
Suy ra điểm

thuộc đường thẳng

Do

và

nên

là đường trung trực của cạnh

Suy ra điểm

thuộc đường thẳng
Như vậy, các điểm

thuộc đường thẳng

hay các điểm

cùng nằm trên một đường thẳng.
b)
Vẽ đường cao

của tam giác
Do các điểm

cùng nằm trên một đường thẳng nên

là đường phân giác của tam giác
Xét hai tam giác vuông

và

ta có:

là cạnh chung;

(vì

là tia phân giác của góc

).
Suy ra

(cạnh góc vuông – góc nhọn).
Do đó

(hai cạnh tương ứng).
Vậy tam giác

là tam giác cân.