私がtwitterに載せた自作問題の解説です。
https://twitter.com/Gnu_yshys0624/status/1350051658206650373?s=20
角A=60°である三角形ABCで、角Aの二等分線と辺BCの交点をDとする。また、点Aを含む辺AB,AC上にそれぞれ点E,Fを角EDF=60°となるようにとる。AD=4のとき、線分EFが通りうる範囲の面積を求めよ。
図
解説に入る前に次のことを証明したいと思います。これがこの問題の核となります。
点Dは△AEFの点Aに対する傍心である-----*
証明:
図2
△AEFの外接円と直線ADとの交点のうち、点Aと異なる点をGとする。
四角形AEGFは円に内接するから、
また円周角の定理より
よってEG = FGである。
このとき、①より
ここで、
よって
同様にして、
よって、点Dは△AEFの点Aに対する傍心である ■
では問題の解答を書いていきます。点Dが△AEFの傍心であることに気づけば、あとは意外に単純です。
解答:
図3
三角形AEFの点Aに対する傍接円を
このとき、*より線分EFは
図4
AD = 4より、求める面積は
2
となります。