Hai tam giác ABD và BCA có: cạnh chung AB, AC = BD, AD = BC.
Vậy ∆ABD = ∆BCA (c.c.c).
Tương tự, ta có ∆ACD = ∆BDC (c.c.c)
Gọi O là giao của hai đường chéo AC và BD thì

(hai góc đối đỉnh). (3)
Từ (1), (2), (3), ta có

là hình thang.
Vậy hình thang

có hai đường chéo bằng nhau nên là hình thang cân.