卡在這題?用 AI 解開它
Geometry · real student question

等邊三角形 ABC 的邊長 AB = 4 公分,M 在 AC 上、N 在 BC 上且 CM = BN,兩點都不是頂點。直線 AN 與 BM 交於 G。(a) 作 CH 垂直 AB 於 H,求 CH。(b) 證明 AN = BM,並求角 AGM。

Question

△ABC\triangle ABC 是等邊三角形,AB=4 cmAB=4\ \text{cm}。MM 在邊 ACAC 上、NN 在邊 BCBC 上(都不與頂點重合),且 CM=BNCM=BN。直線 ANAN 與 BMBM 交於 GG。

(a) 作高 CH⊥ABCH\perp AB,垂足為 HH,求 CHCH。

(b) 證明 AN=BMAN=BM,並求 ∠AGM\angle AGM。

Step-by-step solution

  1. (a) 利用等邊三角形「高即中線」這個性質。 因為 CA=CBCA=CB,從 CC 作的高,其垂足 HH 就是 ABAB 的中點,所以

    AH=HB=AB2=2 cmAH=HB=\frac{AB}{2}=2\ \text{cm}

    有了這一步,才能把原三角形變成兩邊已知的直角三角形。

  2. (a) 在直角三角形 ACHACH 用畢氏定理。

    CH2=AC2−AH2=42−22=16−4=12CH^{2}=AC^{2}-AH^{2}=4^{2}-2^{2}=16-4=12

    CH=12=23≈3.46 cmCH=\sqrt{12}=2\sqrt3\approx3.46\ \text{cm}

    這就是等邊三角形常見的 32×邊長\frac{\sqrt3}{2}\times\text{邊長} 結果,這裡是 32×4\frac{\sqrt3}{2}\times 4。

  3. (b) 挑對要比較的兩個三角形。 看起來很順的 △ABN\triangle ABN 與 △CAM\triangle CAM 不行,因為 AM=4−CMAM=4-CM 一般不等於 BNBN。改比 △ABN\triangle ABN 與 △BCM\triangle BCM:

    AB=BC=4 (equilateral),∠ABN=∠BCM=60∘,BN=CM (given)AB=BC=4\ \text{(equilateral)},\qquad \angle ABN=\angle BCM=60^\circ,\qquad BN=CM\ \text{(given)}

    夾角剛好夾在兩組對應邊之間,所以這是真正的 SAS 全等。

  4. (b) 得到兩條分角線相等。 由 SAS 得 △ABN≅△BCM\triangle ABN\cong\triangle BCM,對應部分給出

    AN=BMAN=BM

    同時也給出下一步要用的角相等:∠BAN=∠CBM\angle BAN=\angle CBM。

  5. (b) 在交點 GG 處追角。 因為 MM 在 ACAC 上,射線 BMBM 把 BB 處的 60∘60^\circ 分成兩塊:

    ∠ABM=60∘−∠CBM\angle ABM=60^\circ-\angle CBM

    再加上全等得到的等角,

    ∠BAN+∠ABM=∠CBM+(60∘−∠CBM)=60∘\angle BAN+\angle ABM=\angle CBM+\left(60^\circ-\angle CBM\right)=60^\circ

    三角形 ABGABG 在 AA、BB 處的兩角正好就是這兩個,所以

    ∠AGB=180∘−60∘=120∘\angle AGB=180^\circ-60^\circ=120^\circ

  6. (b) 換成題目要的角。 GG 在線段 BMBM 上,所以 ∠AGM\angle AGM 與 ∠AGB\angle AGB 互補:

    ∠AGM=180∘−120∘=60∘\angle AGM=180^\circ-120^\circ=60^\circ

    注意答案跟 MM、NN 的位置無關:只要維持 CM=BNCM=BN,把兩點沿邊滑動會讓兩條分角線一起轉,夾角永遠是 60∘60^\circ。取 A(0,0)A(0,0)、B(4,0)B(4,0)、C(2,23)C(2,2\sqrt3) 且 CM=BN=2CM=BN=2 做座標驗算,同樣得到 ∠AGM=60∘\angle AGM=60^\circ。

Answer

CH=23 cm,∠AGM=60∘CH=2\sqrt{3}\ \text{cm},\qquad \angle AGM=60^\circ

Need to solve a different problem like this? Open the solver →