Cho hình thang cân ABCD có đáy AB song song với đáy CD (đáy AB nhỏ hơn đáy CD). Gọi O là giao điểm của hai đường chéo AC và BD. Để chứng minh OA = OB, một học sinh đã đưa ra 4 hướng lập luận

Giao điểm hai đường chéo của một tứ giác có tính đối xứng tuyệt đối như hình thang cân sẽ tự động chia đôi mỗi đường chéo. Do đó, \(OA = \frac{1}{2}AC\) và \(OB = \frac{1}{2}BD\). Kết hợp với hai đường chéo bằng nhau (AC = BD), ta suy ra OA = OB.

Xét ∆OAD và ∆OBC, có AD = BC (tính chất hình thang cân) và cặp góc đối đỉnh \(\widehat {AOD} = \widehat {BOC}\). Vì hình thang cân có các cặp góc kề một đáy bằng nhau, ta được phép trực tiếp suy ra cặp góc nhọn còn lại là \(\widehat {OAD} = \widehat {OBC}\). Do đó, ∆OAD = ∆OBC (g.c.g), dẫn đến cạnh tương ứng OA = OB.

Vì đáy AB song song với đáy CD, ta có các cặp góc so le trong bằng nhau là \(\widehat {OAB} = \widehat {OCD}\) và \(\widehat {OBA} = \widehat {ODC}\). Nhìn hình ta có \(\widehat {OAB} = \widehat {OBA}\). Khi đó, ∆OAB cân tại O, suy ra OA = OB.

Xét ∆ADC và ∆BCD, có AD = BC, AC = BD và cạnh đáy CD là cạnh chung. Suy ra ∆ADC = ∆BCD (c.c.c), kéo theo hai góc tương ứng \(\widehat {ACD} = \widehat {BDC}\). Sự thật này chứng minh ∆OCD cân tại đỉnh O, tức là OC = OD. Kết hợp với hai đường chéo AC = BD, ta dùng phép trừ đoạn thẳng: OA = AC – OC và OB = BD – OD, từ đó có được kết quả OA = OB.