月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #28 解答例
→問題

答え ∠DAC=30°

証明

∠CAB=74°, ∠CDB=44°.
ABを1辺とする正三角形ABEをABから見てCと同じ側に作る.
また, ∠EABの二等分線とBDの交点をFとし,直線ACと直線FEの交点をGとする.
∠GAE=∠CAB-60°=14°.
AFについての対称性より, ∠FEA=∠ABF=28°.
∠EGA=∠FEA-∠GAE=14°=∠GAEなので, EG=EA=EB.
よって,Eは△ABGの外心であり, ∠BGA=∠BEA/2=30°.
また, ∠FBC=∠FGC=14°なので,4点F,B,G,Cは同一円周上にあり,
∠DFC=∠BGC=30°.
ここで, ∠CDF=44°,
∠CAF=∠CAB-30°=44°=∠CDFなので,
4点A,F,C,Dは同一円周上にあり,
∠DAC=∠DFC=30°.