证明:过$O$作$OE \perp AB$于$E,$则$AE = BE。$
因为$C$、$D$是$\odot O$的弦$AB$上的三等分点,所以$AC = CD = DB。$
所以$AE - AC = BE - DB,$即$CE = DE。$
因为$OE \perp CD,$所以$OC = OD$(线段垂直平分线上的点到线段两端距离相等),即$\triangle OCD$是等腰三角形。
所以$\angle OCD = \angle ODC,$因此$\angle ACM = \angle BDN$(等角的补角相等)。
因为$M$、$N$分别是$OC$、$OD$的中点,所以$CM = \frac{1}{2}OC,$$DN = \frac{1}{2}OD,$故$CM = DN。$
在$\triangle ACM$和$\triangle BDN$中,
$\begin{cases} AC = BD \\ \angle ACM = \angle BDN \\ CM = DN \end{cases}$
所以$\triangle ACM \cong \triangle BDN$(SAS)。
因此$AM = BN。$