月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #24 解答例
→問題

答え ∠DAE=30°

証明

EB=EC, ∠BEC=96°より, ∠EBC=∠BCE=42°.
AD//EC, ∠ECD=54°より, ∠CDA=126°.
∠DAB=360°-(12°+42°)-(42°+54°)-126°=84°.
ABを1辺とする正三角形ABFをABから見てEと同じ側に作り,BFを1辺とする正五角形BGHIFをBFから見てAと逆側に作る.
対称性より, ∠HAB=∠FAB/2=30°, ∠AHI=∠GHI/2=54°.
∠DAH=∠DAB-∠HAB=54=∠AHI, AD=AB=BF=HIより,
四角形AHIDは, AH//DI, AD=HIの等脚台形で,
∠IDA=180°-∠DAH=126°=∠CDA.
よって,点Cは直線ID上にある.
また, ∠FBI=∠BIF=36°,
∠CBI=∠ABI-∠ABC=(60°+36°)-(12°+42°)=42°,
∠ICB=180°-∠BCD=180°-(42°+54°)=84°,
∠BIC=180°-∠CBI-∠ICB=54°.
また, ∠IFA=60°+108°=168°, FA=FIより,
∠FAI=∠AIF=6°.
∠BIA=36°-6°=30°, ∠DAI=∠DAB-∠FAB+∠FAI=30°.
BCの垂直二等分線を直線mとすると, B,Cはmを軸として互いに対称の位置にあり, EB=ECよりEはm上にある.
mを軸としてIと対称の位置にある点をJとすると,対称性より,
∠JBC=∠ICB=84°, BC//JI, ∠BJI=∠CIJ=96°.
∠IBJ=∠JBC-∠CBI=42°, ∠JIB=∠CIJ-∠BIC=42°=∠IBJより, BJ=JI.
∠JIA=∠JIB+∠BIA=72°.
半直線IA上に, ∠E'JI=∠JIAとなるように点E'をとると,
∠IE'J=36°で,E'はm上にある.
線分E'I上に ∠KJI=36°となるように点Kをとると,
∠IKJ=72°=∠JIKより,JK=JI=BJで,
∠BJK=∠BJI-∠KJI=60°なので, △BJKは正三角形.
また, ∠E'JK=36°=∠KE'Jより, E'K=JK=BK.
∠BKE'=180°-∠IKJ-∠JKB=48°, ∠E'BK=∠KE'B=66°.
∠E'BC=∠E'BK+∠KBJ-∠JBC=42°.
EもE'もm上にあり, ∠EBC=∠E'BCなので,EとE'は一致する.
∠DAE=∠DAE'=∠DAI=30°.