a) Ta có $E$ là trung điểm của $AB$
$F$ là trung điểm của $BC$
$\Rightarrow EF$ là đường trung bình $\Delta ABC$
$\Rightarrow EF\parallel=\dfrac{1}{2}AC$ (1)
Ta có: $G$ là trung điểm của $CD$
$H$ là trung điểm của $DA$
$\Rightarrow HG$ là đường trung bình $\Delta ACD$
$\Rightarrow HG\parallel=\dfrac{1}{2}AC$ (2)
Từ (1) và (2) suy ra $EF\parallel=HG$
$\Rightarrow $ tứ giác $EFGH$ là hình bình hành (*) (vì có cặp cạnh đối diện song song và bằng nhau)
Ta lại có: $E$ là trung điểm của $AB$
$H$ là trung điểm của $AD$
$\Rightarrow HE$ là đường trung bình $\Delta ABD$
$\Rightarrow HE\parallel BD$
$EF\parallel AC$
Mà $BD\bot AC$
$\Rightarrow HE\bot EF$
$\Rightarrow \widehat{HEF}=90^o$ (**)
Từ (*) và (**) suy ra $EFGH$ là hình chữ nhật.
b) Ta có: $EFGH$ là hình chữ nhật
$\Rightarrow FH=EG$
Ta có: $I$ là trung điểm của $EF$
$J$ là trung điểm của $CF$
$\Rightarrow IJ$ là đường trung bình $\Delta EFG$
$\Rightarrow IJ\parallel=\dfrac{1}{2}EG$ (3)
Chứng minh tương tự $LK$ là đường trung bình $\Delta HEC$
$\Rightarrow LK\parallel=\dfrac{1}{2}EC$ (4)
Từ (3) và (4) suy ra $IJ\parallel=LK$
$\Rightarrow IJKL$ là hình bình hành
Tương tự $IL$ là đường trung bình $\Delta EFH$
$\Rightarrow IL=\dfrac{1}{2}FH=\dfrac{1}{2}EG=IJ$
Tứ giác $IJKL$ là hình bình hành có $IL=IJ$
$\Rightarrow IJKL$ là hình thoi.
c) Chứng minh tương tự $MN$ là đường trung bình $\Delta IJL$
$\Rightarrow MN\parallel=\dfrac{1}{2}JL$
Và $PQ$ là đường trung bình $\Delta JKL$
$\Rightarrow PQ\parallel=\dfrac{1}{2}JL$
$\Rightarrow MN\parallel =PQ$ (vì cùng $\parallel=JL$)
$\Rightarrow MNPQ$ là hình bình hành
Lại có $MQ$ là đường trung bình $\Delta LIK$
$\Rightarrow MQ\parallel IK$
và $MN\parallel LJ$
Mà $LJ\bot IK$ (do tứ giác $IJKL$ là hình thoi)
$\Rightarrow MQ\bot MN $
$\Rightarrow \widehat{QMN}=90^o$
Tứ giác $MNPQ$ là hình bình hành có $\widehat{QMN}=90^o$
$\Rightarrow MNPQ$ là hình chữ nhật.
d) Nếu $AC=BD$ thì $EF=EH$ (vì cùng $=\dfrac{1}{2}AC=\dfrac{1}{2}BD$)
$\Rightarrow EFGH$ là hình vuông
Khi đó $EG\bot HF$ có $IJ\parallel EG$ và $IL\parallel HF$
$\Rightarrow IJ\bot IL\Rightarrow $ hình thoi $IJKL$ trở thành hình vuông
$\Rightarrow IK=LJ$
Tương tự $MN=\dfrac{1}{2}LJ$
$MQ=\dfrac{1}{2} IK$
$\Rightarrow MN=MQ$
Suy ra tứ giác hình chữ nhật $MNPQ$ trở thành hình vuông.