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“一线三等角”与剑桥大学一道几何题

题:如图1,平行四边形ABCD中,E,F分别在AD,DC上,且DE=DF,AE=2,CF=3,∠A=∠EBF=60°,求EF的长。

分析:根据已知条件,在等腰ΔDEF中,∠D=120°,所以欲求EF的长,只需要先求DE的长即可。因此,设DE=DF=a,则平行四边形的边AB=DC=a+3,AD=BC=a+2。

由∠A=∠EBF=60°,联想到“一线三等角”,故延长AB到G,使BG=BC,连接GC并延长交BF延长线于H,交AD延长线于O(如图2)。则

ΔBCG和ΔOAG都是等边三角形,所以OC=DC=a+3,CG=BC=a+2。

设OH=x,则HC=x+a+3,

HG=x+a+3+a+2=x+2a+5。

在ΔHBG与ΔBEA中,

因为∠EBG=∠A+∠AEB,

即∠EBF+∠HBG=∠A+∠AEB,

又因为∠EBF=∠A=60°,

所以∠HBG=∠AEB,

又∠G=∠A=60°,

所以ΔHBG∽ΔBEA,

所以HG/AB=BG/EA,

所以(x+2a+5)/(a+3)=(a+2)/2………①

在ΔHFC与ΔHBG中,

因为FC∥BG,

所以FC/BG=HC/HG,

所以3/(a+2)=(x+a+3)/(x+2a+5),

所以

1-3/(a+2)=1-(x+a+3)/(x+2a+5)-1,

即(a-1)/(a+2)=(a+2)/(x+2a+5),

也即(a+2)/(x+2a+5)= (a-1)/(a+2)…②

① ×②,消去x,得:

(a+2)/(a+3)=(a-1)/2,

去分母,得2(a+2)=(a-1)(a+3),

化简、整理,得:a^2=7,

所以a=√7,

所以EF=√3a=√21.

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