Question Number 81755 by Power last updated on 15/Feb/20
Answered by mr W last updated on 15/Feb/20
Commented by mr W last updated on 15/Feb/20
$${BC}=\mathrm{2} \\ $$$${BD}={CD}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}\:\beta} \\ $$$${AB}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\beta} \\ $$$$\frac{{BE}}{\mathrm{sin}\:\beta}=\frac{{EC}}{\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\beta}=\frac{{BC}}{\mathrm{sin}\:\mathrm{3}\beta} \\ $$$$\frac{{BE}}{\mathrm{sin}\:\beta}=\frac{{EC}}{\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\beta\:\mathrm{cos}\:\beta}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{sin}\:\beta\:\left(\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right)} \\ $$$${BE}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta} \\ $$$${EC}=\frac{\mathrm{4}\:\mathrm{cos}\:\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}={BF} \\ $$$$\Delta_{{BDC}} =\frac{\mathrm{2}×\mathrm{1}×\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{2}}=\mathrm{tan}\:\beta={S} \\ $$$$\Delta_{{ABF}} =\frac{{AB}×{BF}×\mathrm{sin}\:\beta}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{4}\:\mathrm{cos}\:\beta\mathrm{sin}\:\beta}{\mathrm{2}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\beta\:\left(\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right)}=\frac{\mathrm{tan}\:\mathrm{2}\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta} \\ $$$$\Delta_{{EBD}} =\frac{{BE}×{BD}×\mathrm{sin}\:\beta}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\beta}{\mathrm{2}\left(\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right)\:\mathrm{cos}\:\beta}=\frac{\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta} \\ $$$$\Delta_{{ABF}} −\Delta_{{EBD}} =\frac{\mathrm{tan}\:\mathrm{2}\beta−\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}=\mathrm{2}{S}=\mathrm{2}\:\mathrm{tan}\:\beta \\ $$$$\frac{\mathrm{tan}\:\mathrm{2}\beta−\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}=\mathrm{2}\:\mathrm{tan}\:\beta \\ $$$$\frac{\frac{\mathrm{2}\:\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{1}−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\beta}−\mathrm{tan}\:\beta}{\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}=\mathrm{2}\:\mathrm{tan}\:\beta \\ $$$$\frac{\mathrm{2}−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\:}{\mathrm{1}−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}−\mathrm{1}=\mathrm{2}\left(\mathrm{3}−\mathrm{4}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}\:}{\mathrm{1}−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta}=\mathrm{6}−\mathrm{8}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta \\ $$$$\mathrm{1}=\left(\mathrm{6}−\mathrm{8}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right)\left(\mathrm{1}−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta\right) \\ $$$$\mathrm{16}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:\beta−\mathrm{20}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta+\mathrm{5}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\beta=\frac{\mathrm{5}\pm\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\beta=\frac{\sqrt{\mathrm{2}\left(\mathrm{5}\pm\sqrt{\mathrm{5}}\right)}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\Rightarrow\beta=\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{2}\left(\mathrm{5}\pm\sqrt{\mathrm{5}}\right)}}{\mathrm{4}}=\:\mathrm{36}°\:{or}\:\mathrm{72}° \\ $$$${but}\:\mathrm{2}\beta<\mathrm{90}°,\:\Rightarrow\beta=\mathrm{36}° \\ $$$$\Rightarrow\alpha=\mathrm{180}°−\mathrm{4}\beta=\mathrm{36}° \\ $$
Commented by Power last updated on 15/Feb/20
$$\mathrm{great}\:\mathrm{sir} \\ $$