月刊「理系への数学」幾何大王からの挑戦状
角度の問題 #33 解答例
→問題

答え ∠ECA=12°

証明

∠ABC=90°-∠DAB=57°, ∠EBC=∠ABC-∠ABE=39°.
ABを1辺とする正三角形FBAをABから見てCと逆側に作り, FBを底辺とする頂角が24°の二等辺三角形GFBをFBから見てAと同じ側に作ると, ∠GFB=∠FBG=78°, ∠ABG=∠FBG-60°=18°=∠ABEより,Eは線分BG上にあり, ∠BGA=∠AGF=24°/2=12°, ∠GAB=150°.
また,直線BGを軸にFと対称の位置に点Hを取ると, △GFB≡△GHBなので, ∠GBH=∠BHG=78°,∠HGB=24°, BH=BF.
∠ABH=∠ABE+∠GBH=96°, AB=BF=BHより, ∠BHA=∠HAB=42°.
∠AHG=∠BHG-∠BHA=36°, ∠HGA=∠HGB+∠BGA=36°より, AG=AH.
△GBHの外接円と直線BCとのB以外の交点をIとすると, ∠HIB=∠HGB=24°.
また, ∠GHI=∠GBI=39°, ∠IGH=∠IBH=∠GBH-∠EBC=39°より, IG=IH, ∠HIG=102°.
AG=AH, IG=IHより, △GAI≡△HAIとなり, ∠HIA=∠AIG=51°.
∠IGA=∠IGH+∠HGA=75°, ∠ACI=∠CAD+90°=105°, ∠IGA+∠ACI=180°より,4点ACIGは同一円周上にある.
また, ∠AEG=∠EAB+∠ABE=51°=∠AIGより,4点AEIGは同一円周上にある.
結局,5点AECIGは同一円周上にあることになり, ∠ECA=∠EGA=12°.