过A作BC的平行线AG,使得CG平行于AB。这样由于E是AC中点,所以B,E和G三点共线,也就是平行四边形AGCB的一条对角线。再令BF的中点为H。
由于角BCA=角CAG,所以问题变成证明角EFC=CAG,也就是要证明点A,G,C和F共圆,等价于证明FE*EG=AE*EC(=AB*AB/4)。
但是等式的左边=(EH-HF)*(EH+HB)=EH*EH-HF*HF=(BE-HF)*(BE-HF)-HF*HF=BE*BE-2*BE*HE=BE*BE-BE*BF。
另一方面,在平行四边形中,四条边的长度的平方和等于两条对角线的长度的平方和,这里也就是2*AB*AB+2*BC*BC=AC*AC+BG*BG=AB*AB+4*BE*BE,也就是AB*AB=4*BE*BE-2*BC*BC。
所以证明FE*EG=AE*EC(=AB*AB/4)等价于证明4*(BE*BE-BE*BF)=4*BE*BE-2*BC*BC。整理一下,也就是要证明BC*BC=2*BE*BF。————(*)
再过E作BC的垂线EM,由于AB=AC,所以容易知道BM=3*BC/4.
另外三角形BFD和三角形BME都是直角三角形,并且有一个锐角相等,所以这两个三角形相似,也就是说BF*BE=BD*BM。注意到BD=2*BC/3,以及BM=3*BC/4,从而我们得到BF*BE=BC*BC/2.
这样就证明了(*)式,从而证毕。