Доказать, что

при

Я решил рассмотреть все 4 возможных взаимных расположения

:
1)

2)

3)

4)

Для первых трёх случаев всё получилось, а вот доказать в четвёртом никак не могу. Как это можно сделать?
Или, может, мой способ вообще не оптимален и есть что-то получше?