楼主文字有G无P,而图则有P无G,姑且以文字为准。
1.记∠BEA=∠AEF=θ, ∠FEC=180°-θ
则 BE=6* ctgθ, EC=6*(1-ctgθ)
则 AE=6* cscθ, EF=EC/(-cos2θ)=6* cscθ/(cosθ+sinθ)
则 S△AEF=0.5*AE*EF*sin∠AEF = 18*cscθ/(cosθ+sinθ)
2.由AG/AE=S△AGF/S△AEF,
即 AG/(6* cscθ) = 6/[18*cscθ/(cosθ+sinθ)]
即 AG=2(cosθ+sinθ)
3.由∠BAE=90°-θ
按余弦定理 BG平方=AB平方 + AG平方 -2*AB*AG*cos∠BAE
= 36 + (4+4sin2θ) - 2*6*2(cosθ+sinθ)sinθ
= 36 + (4+4sin2θ) - 12(sin2θ+1-cos2θ)
= 28 -(8sin2θ-12cos2θ)
= 28 - 4sqrt(13)*sin(2θ-arcsin(9/13))
若记ψ=arcsin(9/13)≈57°,则BG平方=28 - 4sqrt(13)*sin(2θ-ψ)
当θ=ψ*0.5 + 45°≈73°时,BG平方有最小值,
此时BE=6* ctgθ=6(1-sinψ)/cosψ。
涉及角的和差,属于高中数学的基本题目,放在初三的压轴题也可。
但若强调“不许用角的和差公式”,
就相当于“考鸡兔共笼、但不许用二元方程组”,就得绕许多弯子了。