Задача: в треугольнике ABC сторона AB вдвое больше AC, углу A = 60°. Найти угол C (без использования синусов/косинусов).
Построение и рассуждения пошагово:
Обозначим AC = a. Так как AB = 2a, на стороне AB возьмём точку D так, чтобы AD = AC = a. Тогда BD = AB − AD = 2a − a = a.
Так как D лежит на AB, луч AD совпадает с AB. Значит угол CAD равен углу CAB и равен 60°.
В треугольнике ACD у нас две стороны AD и AC равны (AD = AC = a) и угол между ними CAD = 60°. Значит треугольник ACD равнобедренный с вершиной A и включенным углом 60°, следовательно он равносторонний: CD = AC = a, и угол ACD = 60°.
В треугольнике BCD имеем BD = CD = a, значит он равнобедренный по бокам BD и CD. Следовательно углы при вершинах B и C равны: ∠BCD = ∠CBD. Пусть эти углы равны y.
Найдём угол ∠BDC. Это угол между лучами DB и DC. Так как AD и DB лежат на одной прямой, а угол ADC в равностороннем треугольнике ACD равен 60°, то ∠BDC = 180° − ∠ADC = 180° − 60° = 120°.
В треугольнике BCD сумма углов равна 180°: ∠BCD + ∠CBD + ∠BDC = 180°. Подставим: y + y + 120° = 180° → 2y = 60° → y = 30°.
Угол C в треугольнике ABC равен сумме угла ACD и угла DCB: ∠ACB = ∠ACD + ∠DCB = 60° + 30° = 90°.
Ответ: угол C равен 90°.