Это очень сложная задача, уровня устного экзамена на мехмат, т.к. она опирается на аксиоматику геометрии, которую школьники обычно не знают.
попробую Вам помочь.
В формулировке Гильберта эта аксиома ("4я из аксиом порядка") звучит так:
"Если в данной плоскости даны треугольник ABС и какая-либо прямая а, не проходящая ни через одну из его вершин и пересекающая отрезок АВ, то она непременно пересечёт либо отрезок BC, либо отрезок AC "
Из этой аксиомы сразу следует обоснование ответа Вашей задачи.
Данное решение выходит за рамки школьной программы, но, вероятнее всего, другого нет.