图中,ABC 是等边三角形,ACDE 是正方形,且角 FAC = 15°。

  1. (a)

    证明三角形 EAF 和三角形 BAF 全等。

    请为你做出的每个陈述说明理由。

  2. (b)

    如果直线 BF 平分角 ABC,证明三角形 FAE 是等腰三角形。

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完整解法

22(a)

1. Establish one pair of equal corresponding sides

Since ACDEACDE is a square, AE=ACAE=AC.

Since ABCABC is an equilateral triangle, AB=ACAB=AC.

Hence, AE=ABAE=AB.

2. Show the included angles are equal

Since ACDEACDE is a square, ∠EAC=90∘\angle EAC=90^\circ.

Given ∠FAC=15∘\angle FAC=15^\circ,
∠EAF=90∘−15∘=75∘.\angle EAF=90^\circ-15^\circ=75^\circ.

Since ABCABC is an equilateral triangle, ∠BAC=60∘\angle BAC=60^\circ.

Therefore
∠BAF=60∘+15∘=75∘.\angle BAF=60^\circ+15^\circ=75^\circ.

Hence, ∠EAF=∠BAF\angle EAF=\angle BAF.

3. Apply the congruence test

Also, AFAF is a common side.

Therefore, in △EAF\triangle EAF and △BAF\triangle BAF:

AE=ABAE=AB, AF=AFAF=AF, and ∠EAF=∠BAF\angle EAF=\angle BAF.

Hence, △EAF≅△BAF\triangle EAF \cong \triangle BAF by SAS.

答案

Since AE=ABAE=AB, AFAF is common, and ∠EAF=∠BAF=75∘\angle EAF=\angle BAF=75^\circ, therefore △EAF≅△BAF\triangle EAF \cong \triangle BAF by SAS.

22(b)

1. Use the angle bisector and congruence result to find an angle in triangle FAE

Since ABCABC is equilateral, ∠ABC=60∘\angle ABC=60^\circ.

Since BFBF bisects ∠ABC\angle ABC,
∠ABF=30∘.\angle ABF=30^\circ.

From part (a), △EAF≅△BAF\triangle EAF \cong \triangle BAF, so corresponding angles are equal:
∠AEF=∠ABF=30∘.\angle AEF=\angle ABF=30^\circ.

2. Show two angles in triangle FAE are equal, then conclude it is isosceles

From the square and ∠FAC=15∘\angle FAC=15^\circ,
∠EAF=90∘−15∘=75∘.\angle EAF=90^\circ-15^\circ=75^\circ.

In △FAE\triangle FAE,
∠AFE=180∘−75∘−30∘=75∘.\angle AFE=180^\circ-75^\circ-30^\circ=75^\circ.

Thus
∠AFE=∠EAF.\angle AFE=\angle EAF.

Therefore the opposite sides are equal, so AE=EFAE=EF. Hence △FAE\triangle FAE is isosceles.

答案

Since BFBF bisects ∠ABC\angle ABC, ∠ABF=30∘\angle ABF=30^\circ. From part (a), △EAF≅△BAF\triangle EAF \cong \triangle BAF, so ∠AEF=∠ABF=30∘\angle AEF=\angle ABF=30^\circ. Also, ∠EAF=75∘\angle EAF=75^\circ. Hence
∠AFE=180∘−75∘−30∘=75∘.\angle AFE=180^\circ-75^\circ-30^\circ=75^\circ.
Thus ∠AFE=∠EAF\angle AFE=\angle EAF, so the opposite sides AEAE and EFEF are equal. Therefore, triangle FAEFAE is isosceles.

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