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Geometry · real student question

凸四角形 ABCD で AB = BC、AD = CD が成り立ち、角 B は 58 度、角 D は 136 度である。角 A を度数で求めよ。

Question

凸四角形 ABCDABCD について

AB=BC,AD=CD,∠B=58∘,∠D=136∘AB = BC,\qquad AD = CD,\qquad \angle B = 58^\circ,\qquad \angle D = 136^\circ

が分かっている。∠A\angle A を求めよ。答えは度数で答えよ。

Step-by-step solution

  1. 2組の等辺の条件から図形を見抜く。 隣り合う辺が2組等しい(AB=BCAB=BC と AD=CDAD=CD)ので、ABCDABCD は たこ形(凧形) である。これが効くのは次の理由による。BB も DD も AA と CC から等距離にあるので、どちらも ACAC の垂直二等分線上にある。したがって対角線 BDBD が対称軸になる。

  2. 対称性から ∠A=∠C\angle A = \angle C を導く。 直線 BDBD に関して折り返すと AA と CC が入れ替わり、BB と DD は動かないので、AA の角は CC の角にちょうど重なる。よって

    ∠A=∠C\angle A = \angle C

    この事実1つで、未知数4つの問題が未知数1つの問題に変わる。

  3. 四角形の内角の和を使う。 どんな四角形でも内角の和は 360∘360^\circ である:

    ∠A+∠B+∠C+∠D=360∘\angle A + \angle B + \angle C + \angle D = 360^\circ

  4. 分かっている角と等式を代入する。 ∠C\angle C を ∠A\angle A に書き換えると:

    2∠A+58∘+136∘=360∘2\angle A + 58^\circ + 136^\circ = 360^\circ

    2∠A=360∘−194∘=166∘2\angle A = 360^\circ - 194^\circ = 166^\circ

    ∠A=83∘\angle A = 83^\circ

  5. 対角線 ACAC で分割して検算する。 三角形 ABCABC は頂角が 58∘58^\circ の二等辺三角形なので、底角は 180∘−58∘2=61∘\tfrac{180^\circ-58^\circ}{2}=61^\circ となり ∠BAC=61∘\angle BAC = 61^\circ。三角形 ACDACD は頂角が 136∘136^\circ の二等辺三角形なので ∠DAC=180∘−136∘2=22∘\angle DAC = \tfrac{180^\circ-136^\circ}{2}=22^\circ。よって ∠A=61∘+22∘=83∘\angle A = 61^\circ + 22^\circ = 83^\circ となり、一致する。

Answer

∠A=83∘\angle A = 83^\circ

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