月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #31 解答例
→問題

答え ∠BDA=15°

証明

∠CDA=∠ABC=45°, ∠DAC=∠BCA=30°.
ACを対角線とする正方形AECFを,点EがACから見てBと同じ側にあるように作ると, EA=EC, ∠AEC=90°=2∠ABCより,Eは△ABCの外心となり, EA=EB, ∠BEA=2∠BCA=60°より, △ABEは正三角形.
同様にして, △CDFも正三角形.
ここで,AEの中点をM,CFの中点をNとすると, AF//MNより MN⊥AE, MN⊥CFであり, またAB=BE, CD=DFより, BM⊥AE, DN⊥CFなので, 4点BMNDは同一直線上にある.
よって, ∠CDB=∠CDN=∠CDF/2=30°.
∠BDA=∠CDA-∠CDB=15°.