โจทย์
กำหนดให้ ☐ABCD เป็น ☐จัตุรัส
จงพิสูจน์ว่า ∆CDP เป็น ∆ด้านเท่า
พิสูจน์
(1) ∵ ☐ABCD เป็น ☐จัตุรัส ⇒ AB = AD = BC = CD และ ∠BAD = ∠ABC = 90° (⇔ ∠DAP = ∠CBP = 75°)
∵ ∠BAP = ∠ABP ⇔ ∆ABP เป็น ∆หน้าจั่ว ที่มี ∠P เป็นมุมยอด ⇔ AP = BP
สังเกตว่า ∆ADP ≅ ∆BCP ด้วยความสัมพันธ์แบบ ด-ม-ด (AD = BC, ∠DAP = ∠CBP, AP = BP) ⇒ DP = CP
(2) กำหนดจุด Q ภายใน ☐ABCD ที่ทำให้ ∠DAQ = 15° (⇔ ∠PAQ = 60°) และ ∠ADQ = 15°
จะเห็นว่า ∆ADQ ≅ ∆ABP ด้วยความสัมพันธ์แบบ ม-ด-ม (∠DAQ = ∠BAP, AD = AB, ∠ADQ = ∠ABP) ⇒ AQ = AP และ DQ = BP
∴ AP = AQ = DQ
(3) ∵ AP = AQ และ ∠PAQ = 60° ⇒ ∆APQ เป็น ∆ด้านเท่า ⇒ AQ = PQ และ ∠AQP = 60°
สังเกตว่า AQ = DQ = PQ ⇔ จุด Q เป็นจุดศูนย์กลางของวงกลมที่มี ∆ADP แนบใน ⇒ ∠ADP = (∠AQP)/2 ⇔ ∠ADP = 30° ⇔ ∠APD = 75° ⇔ ∠APD = ∠DAP ⇔ ∆ADP เป็น ∆หน้าจั่ว ที่มี ∠D เป็นมุมยอด ⇔ DP = AD ⇔ DP = CD
∴ CD = CP = DP ⇔ ∆CDP เป็น ∆ด้านเท่า Q.E.D.