月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #21 解答例
→問題

答え ∠EAD=20°

証明

∠ACE=xとおくと, AB//ECより, ∠CAB=∠ACE=x.
AB=BCより, ∠BCA=∠CAB=x, ∠BCE=∠BCA+∠ACE=2x.
BC//EDより, ∠DEC=∠BCE=2x.
ここで,Cを通りBDと平行な直線と,直線EDの交点をFとすると, 四角形BCFDは平行四辺形なので,CF=BD=CEとなり, ∠CFE=∠DEC=2x, ∠BDE=∠CFE=2x.
BC//EDより, ∠DBC=∠BDE=2x.
BC=CDより, ∠CDB=∠DBC=2x.
∠CDE=∠CDB+∠BDE=4x.
BD=CE, ∠BDE=∠DECより, △BDE≡△CEDなので, ∠DEB=∠CDE=4x, BE=CD(=AB=BC).
∠ECD=180°-∠CDE-∠DEC=180°-6x.
∠ACD=∠ACE+∠ECD=180°-5x.
∠ACD=∠DEBより, 180°-5x=4xとなるので,x=20°.
∠CDB=∠DBC=40°より, ∠BCD=100°.
また, ∠BCE=40°なので, AB//ECより, ∠ABC=180°-∠BCE=140°.
ここで, ∠BCDの二等分線と ∠ABCの二等分線の交点をGとすると, ∠GBC=∠ABC/2=70°, ∠BCG=∠BCD/2=50°,
∠CGB=180°-∠GBC-∠BCG=60°.
また, ∠ABG=∠GBC,AB=BCより, △BAG≡△BCGであり, ∠BCG=∠GCD, BC=CDより, △BCG≡△DCGなので, ∠AGB=∠CGB=60°, ∠CGD=∠CGB=60°.
∠AGB+∠CGB+∠CGD=180°より,点Gは線分AD上にあり, ∠DAB=∠GAB=∠BCG=50°.
BE=BCより, ∠CEB=∠BCE=40°.
AB//ECより, ∠ABE=∠CEB=40°.
BE=ABより, ∠BEA=∠EAB=70°, ∠EAD=∠EAB-∠DAB=20°.