Punkty
i
są wierzchołkami czworokąta wypukłego.
Udowodnić, że odcinki
i
są równoległe wtedy
i tylko wtedy, gdy wewnątrz czworokąta
istnieje punkt
o następującej własności: każda prosta przechodząca przez
która przecina odcinki
i
dzieli czworokąt
na części o równych polach.
Rozwiązanie
Załóżmy najpierw, że istnieje punkt
o podanej własności.
Poprowadźmy przez niego dwie proste. Jedna przecina boki
i
odpowiednio w punktach
i
a druga –
w punktach
i
Mamy
gdzie
oznacza pole figury
Zatem
a stąd
Prowadząc przez
trzecią prostą,
przecinającą
i
odpowiednio w punktach
i
otrzymamy
Dzieląc stronami ostatnie
dwie równości, otrzymamy
co wobec twierdzenia odwrotnego do twierdzenia Talesa implikuje, że
tzn.
Odwrotnie, niech
Niech
i
będą odpowiednio
środkami boków
i
Niech
będzie środkiem
odcinka
Z wypukłości czworokąta
wynika, że punkt
leży w jego
wnętrzu. Oczywiście
i
dla
dowolnej prostej przechodzącej przez
i przecinającej odcinki
odpowiednio w punktach
Zatem
ma
własność, o której mowa w treści zadania.