Идея. Рёбра EA и EC вместе с диагональю AC образуют треугольник AEC. Если показать, что ABCD — квадрат, то AC=a2, и угол при E окажется прямым по обратной теореме Пифагора.
1В октаэдре 6 вершин, из каждой выходит 4 ребра. Рёбра из E — EA, EB, EC, ED; соседние лежат в общей грани (угол 60∘), а противоположные EA и EC (также EB и ED) — нет.
2Точки, равноудалённые от концов отрезка EF, лежат в плоскости, проходящей через его середину перпендикулярно ему. Каждая из четырёх вершин A,B,C,D равноудалена от E и F: все рёбра октаэдра равны.
3EO перпендикулярна этой плоскости, поэтому △EOA прямоугольный и OA2=EA2−EO2. Правая часть одинакова для всех четырёх вершин.
4Четырёхугольник со всеми равными сторонами — ромб. Вписанный в окружность параллелограмм — прямоугольник (противоположные углы в сумме 180∘ и равны). Ромб и прямоугольник одновременно — квадрат.
5Диагональ квадрата со стороной a равна a2. В △AEC стороны EA=EC=a, AC=a2 и a2+a2=2a2: по обратной теореме Пифагора угол E прямой.