Question

如圖，在平行四邊形ABCD中，AB=5，BC=10，F為AD的中點，CE⊥AB于E，設∠ABC=α（60°≤α＜90°）．
（1）當α=60°時，求CE的長；
（2）當60°＜α＜90°時，
①是否存在正整數k，使得∠EFD=k∠AEF？若存在，求出k的值；若不存在，請說明理由．
②連接CF，當CE²-CF²取最大值時，求tan∠DCF的值．

Answer 1

（1）∵α=60°，BC=10，
∴sinα=

CE

BC

，
即sin60°=

CE

10

=

3

2

，
解得CE=5

3

；

（2）①存在k=3，使得∠EFD=k∠AEF．
理由如下：連接CF并延長交BA的延長線于點G，
∵F為AD的中點，
∴AF=FD，
在平行四邊形ABCD中，AB∥CD，
∴∠G=∠DCF，
在△AFG和△DFC中，

∠G=∠DCF ∠AFG=∠DFC(對頂角相等) AF=FD

，
∴△AFG≌△DFC（AAS），
∴CF=GF，AG=CD，
∵CE⊥AB，
∴EF=GF（直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半），
∴∠AEF=∠G，
∵AB=5，BC=10，點F是AD的中點，
∴AG=5，AF=

1

2

AD=

1

2

BC=5，
∴AG=AF，
∴∠AFG=∠G，
在△EFG中，∠EFC=∠AEF+∠G=2∠AEF，
又∵∠CFD=∠AFG（對頂角相等），
∴∠CFD=∠AEF，
∴∠EFD=∠EFC+∠CFD=2∠AEF+∠AEF=3∠AEF，
因此，存在正整數k=3，使得∠EFD=3∠AEF；

②設BE=x，∵AG=CD=AB=5，
∴EG=AE+AG=5-x+5=10-x，
在Rt△BCE中，CE²=BC²-BE²=100-x²，
在Rt△CEG中，CG²=EG²+CE²=（10-x）²+100-x²=200-20x，
∵由①知CF=GF，
∴CF²=（

1

2

CG）²=

1

4

CG²=

1

4

（200-20x）=50-5x，
∴CE²-CF²=100-x²-50+5x=-x²+5x+50=-（x-

5

2

）²+50+

25

4

，
∴當x=

5

2

，即點E是AB的中點時，CE²-CF²取最大值，
此時，EG=10-x=10-

5

2

=

15

2

，
CE=

100-x2

=

100- 25 4

=

5 15

2

，
所以，tan∠DCF=tan∠G=

CE

EG

=

5 15 2

15 2

=

15

3

．