Từ B kẻ đường thẳng song song với AC cắt đường thẳng DC tại K.
Ta có hình thang ABKC có hai cạnh bên BK // AC nên AC = BK
Mà AC = BD (gt)
Suy ra: BD = BK do đó ∆ BDK cân tại B
⇒ ∠ D 1 = ∠ K (tính chất hai tam giác cân)
Ta lại có: ∠ C 1 = ∠ K (hai góc đồng vị)
Suy ra: ∠ D 1 = ∠ C 1
Xét ∆ ACD và ∆ BDC:
AC = BD (gt)
∠ C 1 = ∠ D 1 (chứng minh trên)
CD chung
Do đó ∆ ACD = ∆ BDC (c.g.c) ⇒ ∠ (ADC) = ∠ (BCD)
Hình thang ABCD có ∠ (ADC) = ∠ (BCD) nên là hình thang cân.