Rozpoczynamy od rysunku.
Oznaczmy i
.
Sposób I
Niech będzie rzutem punktu
na prostą
. Zauważmy, że trójkąty
i
są oba prostokątne, każdy z nich ma kąt ostry o mierze
oraz mają wspólną przeciwprostokątną
. Są więc przystające, czyli
Analogicznie uzasadniamy, że trójkąty prostokątne i
są przystające. Stąd
Zatem rzeczywiście .
Sposób II
Zauważmy, że
To oznacza, że trójkąt jest prostokątny, bo
Niech będzie środkiem odcinka
. Ponieważ w trójkącie prostokątnym środek przeciwprostokątnej jest środkiem okręgu opisanego mamy wtedy
, czyli trójkąty
i
są równoramienne. To oznacza, że
czyli proste i
są równoległe (przecinają prostą
pod tym samym kątem). Na mocy twierdzenia Talesa
Sposób III
Tym razem odbijmy punkty i
względem prostej
.
Otrzymujemy w ten sposób trapez równoramienny , w którym dwusieczne wszystkich kątów wewnętrznych przecinają się w jednym punkcie
. To oznacza, że w trapez ten można wpisać okrąg i środkiem tego okręgu jest punkt
. Odcinki
i
są promieniami tego okręgu, więc rzeczywiście