Постройте квадрат ABCD за его стороной AB = 4 см и поверните его на 60 градусов вокруг середины стороны AB против часовой стрелки.

Отрезок МС перпендикулярен CD, поскольку CD перпендикулярно всей плоскости МBC (Это потому, что МВ перпендикулярно всем прямым в плоскости АВСD, а ВС перпендикулярно CD) так что в ПРЯМОУГОЛЬНОМ треугольнике МВС МС - гипотенуза, а катеты 13 и 10.

МС = корень(269);

через прямую МВ проводим ПЛОСКОСТЬ, перпендикулярную АС, точку пересечения с АС обозначим К. МК и ВК перпендикулярны АС (объяснение - в предыдущем предложении).

ВК - высота к гипотенузе прямоугольного треугольника со сторонами 5 и 10.

Длина гипотенузы АС^2 = (5^2 + 10^2) = 5*корень(5);

BK*AC = AB*BC = 50; ВК = 2*корень(5);

Из прямоугольного треугольника МВК с катетами ВК и МВ находим МК

МК = корень(169 + 20) = корень(189) = 3*корень(21);

Только потому, что мне очень нравятся такие вот штуки.
Можно сформулировать эту задачу так - к одной из сторон квадрата "пристроен" прямоугольный треугольник, так что сторона квадрата является его гипотенузой. И далее - по тексту. 
Можно взять три "точно таких же" треугольника, и пристроить к другим сторонам квадрата аналогичным образом, так, что получится больший квадрат, в который вписан меньший квадрат, так, что все вершины его лежат на сторонах большего квадрата.
Центры этих квадратов совпадают, потому что, если ПОВЕРНУТЬ всю эту "конструкцию" на 90° вокруг центра меньшего квадрата O, то фигура "перейдет в себя". 
Поэтому AO - диагональ большого квадрата, то есть - биссектриса угла BAC.
Ну, теперь, если напрячься, и разделить 90° пополам, то получится 45°.