第270問の解答


1.問題 [平面図形]

問題図
左図のような四角形ABCDがあり、BC=AD、∠ADC=65度となっています。

いま、辺CDの中点Mと辺ABの中点Nを結ぶ直線と、直線CBとの交点をPとしたところ、∠MPC=23度となりました。

このとき、∠BCDの大きさは何度でしょうか。

2.解答例1(CRYING DOLPHINさん、M.Hossieさん、 他)

ACの中点をKとします。

参考図1

中点連結定理より、辺NKは辺BCに平行で、NK=BC×1/2。
同様に、辺MKは辺ADに平行で、MK=AD×1/2。

従って、AD=BCより、NK=MK。
よって、△KMNは二等辺三角形となります。

ここで、NKとPCが平行より、∠MNK=∠NPB=23度、
∠NMK=∠MNK=23度、∠AKN=∠ACB。
よって、∠NKM=180−23×2=134度。

また、ADとKMが平行より、∠KMC=∠ADC=65度。
∠AKMは△MKCの外角より、
∠AKM=∠KMC+∠MCK=65度+∠MCK
。

従って、134度−∠ACB=65度+∠MCK。
よって、∠BCD=∠ACB+∠MCK=134−65=69度となります。

答:69度

以上


3.解答例2(Michaelさん、ふじさきたつみさん、高橋道広さん、長野美光さん、 他)

四角形DANMを点Mを中心に回転し、辺DMを辺CMに重ねたものを四角形CA'N'Mとします。

参考図2

∠CMN+∠CMN'=∠CMN+∠DMN=180度より、N、M、N'は一直線上に並びます。
∠ANM=∠A'N'Mより、ANとA'N'は平行。
また、NB=AN=A'N'より、四角形NBA'N'は平行四辺形となり、
PN'とBA'も平行となります。

よって、∠A'BC=∠MPC=23度。

BC=AD=A'Cより、△CA'Bは二等辺三角形、
よって、∠BA'C=∠A'BC=23度。

また、∠A'CM=∠ADM=65度、
よって、△A'BCの内角の和を計算すると、
 ∠BCD+65+23+23=180度、
従って、∠BCD=180−111=69度となります。


4.解答例3(有無相生さん、 他)

点CからADに平行な直線上に、CQ=ADとなるよう点Qをとります。

参考図3

ADとCQが平行より、∠QCM=∠ADM=65度。
また、AD=CQ、DM=CM。
従って、2辺と挟角が等しいので、△ADM≡△QCM。
よって、AM=QM。

また、∠AMD=∠CMQより、A、M、Qは一直線上に並びます。

△ABQでAN=NB、AM=MQだから中点連結定理より、PMとBQは平行。
よって、∠QBC=∠MPC=23度。

また、BC=AD=CQより、△CQBは二等辺三角形、
よって、∠CQB=∠QBC=23度。

従って、∠BCD=180−(65+23×2)=69度となります。