月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #25 解答例
→問題

答え ∠ADC=81°

証明

線分ACのA側の延長上に ∠EBC=63°となるように点Eをとり,EBを1辺とする正三角形EBFをEBから見てCと同じ側に作る.
また,ACを軸としてFと対称な点をGとする.
∠EBC=63°=∠BCAなので, EC=EB, ∠CEB=54°.
∠FEC=60°-54°=6°.
∠EBA=30°なので,E,FはABを軸として互いに対称の位置にあり, ∠AFE=∠FEA=6°.
また,ACについての対称性より, ∠AEG=∠FEA=6°, ∠EGA=∠AFE=6°.
∠CAG=∠AEG+∠EGA=12°,
∠GEB=∠CEB-∠AEG=48°,
∠GAD=∠CAD-∠CAG=43.5°.
EG=EF=EB=ECより, ∠EBG=∠BGE=66°, ∠EGC=∠GCE=87°.
∠ABG=∠EBG-∠EBA=36°, ∠BGA=∠BGE+∠EGA=72°より, ∠GAB=72°=∠BGAなので, BG=BAであり, ∠ABD=∠ABG/2より,A,GはBDを軸として互いに対称の位置にある.
よって, ∠DGA=∠GAD=43.5°, ∠ADG=93°.
ここで, ∠ADG+∠GCA=180°なので,4点D,G,C,Aは同一円周上にあり,
∠ADC=∠AGC=∠EGC-∠EGA=81°.