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第4题

设 ABCABC 是满足 AB=ACAB = AC 的三角形。∠CAB\angle CAB 与 ∠ABC\angle ABC 的角平分线分别交边 BCBC、CACA 于 DD、EE。设 KK 是三角形 ADCADC 的内心。已知 ∠BEK=45∘\angle BEK = 45^\circ,求 ∠CAB\angle CAB 所有可能的值。
第 4/5 步:施加 45° 条件并按 t = tan x 因式分解
t=tan⁡x:8t2(t2−4t+1)(t2+2t−1)=0t=\tan x:\qquad 8t^2\left(t^2-4t+1\right)\left(t^2+2t-1\right)=0
详细分析

条件 ∠BEK=45∘\angle BEK=45^\circ 意味着向量 EB⃗\vec{EB} 与 EK⃗\vec{EK} 的夹角为 45∘45^\circ,等价于 EB⃗×EK⃗=EB⃗⋅EK⃗\vec{EB}\times\vec{EK}=\vec{EB}\cdot\vec{EK}(叉积等于点积,二者均由第1–3步的坐标算出)。代入 t=tan⁡xt=\tan x,并写 sin⁡2x=2t1+t2\sin2x=\tfrac{2t}{1+t^2}、cos⁡2x=1−t21+t2\cos2x=\tfrac{1-t^2}{1+t^2},把所有坐标化为 tt 的有理函数。通分后,方程 EB⃗×EK⃗−EB⃗⋅EK⃗=0\vec{EB}\times\vec{EK}-\vec{EB}\cdot\vec{EK}=0 恰好因式分解为 8t2(t2−4t+1)(t2+2t−1)=08t^2\left(t^2-4t+1\right)\left(t^2+2t-1\right)=0。