月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #3 解答例
→問題

証明

∠CAB=51°, ∠CAF=24°, ∠EDB=57°, ∠BED=33°.
線分DE上に ∠GAD=3°となるように点Gをとり,線分DEのE側の延長上に ∠HAE=6°となるように点Hをとる.
さらに,GHを1辺とする正三角形GHIを,直線DEからみてAと同じ側に作り,線分AIのI側の延長上に ∠IHJ=36°となるように点Jをとる.
∠EAG=27°-3°=24°, ∠HAG=24°+6°=30°, ∠CAH=24°-6°=18°.
∠HAG=30°より,3点A,G,HはIを中心とする円周上にあり,AI=GI.
∠DGA=∠EDB-∠GAD=54°より, ∠AGI=66°であり,
AI=GIより, ∠IAG=66°, ∠GIA=48°.
∠JIH=72°, ∠IHJ=36°より, ∠HJI=72°, HJ=HI.
HJ=HI=HGより, ∠GJI=30°.
∠GJA=∠GJI=30°=∠DEA=∠GEAより,4点AGEJは同一円周上にあり,
∠JEH=∠JAG=∠IAG=66°.
∠CEH=∠BED=33°なので, ∠JEC=66°-33°=33°.
∠JAH=∠IAG-∠HAG=36°, ∠HJA=72°より, ∠AHJ=72°で,AJ=AH.
∠JAC=18°=∠CAHより,ACは∠JAHの二等分線であり,
2点J,Hは直線ACに対し互いに対称の位置にある.
線分AC上に, ∠JKH=66°となるように点Kをとると,
∠JEH=∠JKHより,4点KEHJは同一円周上にあり,
さらに ∠CKH=33°=∠CEHより,4点KEHCは同一円周上にあるので,
結局5点KEHCJは同一円周上にあることになり,
∠HCJ=180°-66°=114°, ∠HCA=57°.
∠HDB=57°=∠HCAより,4点ADHCは同一円周上にあり,
∠FCA=∠DCA=∠DHA=30°-6°=24°, ∠FCA=∠CAFより,AF=FC.