Dựng △ABC vuông tại A có C=α, AM là trung tuyến, AH là đường cao. △ABC có AM là trung tuyến nên MA=MB=MC=a suy ra △AMC cân tại M suy ra MAC=α
Suy ra AMH=MAC+MCA=2α (vì AMH là góc ngoài của △AMC tại M)
Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn ta có:
△AHM vuông tại H⇒cos2α=AMHM=AMHC−MC=aHC−a=aHC−1 (1)
△AHC vuông tại H⇒cosα=ACHC⇒2cos2α−1=AC22HC2−1
△ABC vuông tại A,AH⊥BC⇒AC2=HC.BC (theo HTL trong tam giác vuông) ⇒2cos2α−1=AC22HC2−1=HC.BC2HC2−1=HC.2a2HC2−1=aHC−1 (2)
Từ (1) và (2) suy ra cos2α=2cos2α−1 (đpcm)