a) Kí hiệu
(UVT) là đường tròn ngoại tiếp tam giác
UVT.
Gọi
D′ là giao điểm của
EF và
BC,
X là trung điểm của đoạn thẳng
DD′.
Ta có
(D′DBC)=−1 nên
XD2=XB.XC.
Gọi
Γ là đường tròn tâm
X, đường kính
DD′.
Định nghĩa lại
K là giao điểm thứ hai của đường tròn
Γ và đường tròn
(I).
Do
XK2=XD2=XB.XC nên
XK là tiếp tuyến chung tại
K của hai đường tròn
(I) và
(BKC).
Gọi
B′,C′ lần lượt là giao điểm thứ hai của
AC,AB và đường tròn
(BKC).
Khi đó đường tròn
(I) tiếp xúc với đường tròn
(BKC) tại
K đồng thời tiếp xúc với các dây
CB,CB′ của đường tròn
(BKC) lần lượt tại
D,E.
Suy ra
KD,KE lần lượt là phân giác của
∠BKC,∠CKB′.
Lại có
KC là đường đối trung từ đỉnh
K của
△DKE nên ta có:
∠BKM=∠BKD+∠DKM=2∠BKC+∠CKB′=2∠BKB′=∠CDMSuy ra tứ giác
BKMD nội tiếp, hay
K∈(BDM), chứng minh tương tự ta có
K∈(CDN).

b) Ta sẽ chứng minh ba điểm
P,Q,X thẳng hàng.
Thật vậy, xét ba đường tròn
(O),(BDM),(CDN) có các trục đẳng phương
BP,CQ,DK đồng quy hoặc đối một song song.
[Hình cần kiểm tra lại: p11_f1]
+ Trường hợp 1: Ba đường thẳng
BP,CQ,DK đồng quy tại một điểm, gọi điểm đó là
R.
Gọi
l là trục đẳng phương của hai đường tròn
(I) và
(O). Ta có:
PR/(O)=RB.RP=RK.RD=PR/(I)⇒R∈l⇒R=l∩DKLại có:
PX/(O)=XB.XC=XD2=PX/(I)⇒X∈lGọi
Y và
Z là các giao điểm của hai đường tròn
(O) và
Γ.
Xét ba đường tròn
(I),
(O) và
Γ ta có ba trục đẳng phương
YZ,KD và
l đồng quy tại
R. Khi đó
R thuộc
YZ là đường đối cực của
X đối với
(O).
Vì
R thuộc đường đối cực của
X đối với
(O) nên theo định lý La Hire thì
X thuộc đường đối cực của
R đối với
(O). Vậy
X là giao điểm của
BC và đường đối cực của
R đối với
(O).
Mà
BC,PQ và đường đối cực của
R đối với
(O) đồng quy nên ba điểm
X,P,Q thẳng hàng.
[Hình cần kiểm tra lại: p11_f2]
+ Trường hợp 2: Ba đường thẳng
BP,CQ,DK đôi một song song.
Khi đó các tứ giác
BPKD,DKQC,BPQC là các hình thang cân có các đáy
BP,DK,CQ.
Suy ra các điểm
P,K,Q lần lượt đối xứng với các điểm
B,D,C qua đường trung trực của đoạn
DK.
Mà
X nằm trên đường trung trực của
DK và ba điểm
X,B,C thẳng hàng nên ba điểm
X,P,Q thẳng hàng.
Do
X là trung điểm
DD′ nên
X,N,M thẳng hàng. Mặt khác, tứ giác
BNMC nội tiếp do
IN.IB=ID2=IM.IC.
Khi đó ta có:
XP.XQ=XB.XC=XM.XN.
Suy ra bốn điểm
P,Q,M,N nằm trên một đường tròn. (đpcm)