3. 如圖,$\triangle ABC$ 是等腰三角形,$AB = AC$,$0^{\circ} < \angle BAC < 60^{\circ}$,分別在 $AB$ 的右側(cè),$AC$ 的左側(cè)作等邊三角形 $ABD$ 和等邊三角形 $ACE$,$BD$ 與 $CE$ 相交于點 $F$。
(1) 求證:$BF = CF$。
(2) 作射線 $AF$ 交 $BC$ 于點 $G$,交射線 $DC$ 于點 $H$。
① 補(bǔ)全圖形,當(dāng) $\angle BAC = 40^{\circ}$ 時,求 $\angle AHD$ 的度數(shù)。
② 當(dāng) $\angle BAC$ 的度數(shù)在給定范圍內(nèi)發(fā)生變化時,$\angle AHD$ 的度數(shù)是否也發(fā)生變化?若不變,請直接寫出 $\angle AHD$ 的度數(shù);若變化,請給出 $\angle AHD$ 的度數(shù)的變化范圍。

答案:(1) 證明: $\because AB = AC$, $\therefore \angle ACB = \angle ABC$.
$\because$ 三角形 $ABD$ 和三角形 $ACE$ 都是等邊三角形,
$\therefore \angle ACE = \angle ABD = 60^{\circ}$.
$\because 0^{\circ} < \angle BAC < 60^{\circ}$,
$\therefore \angle ACB - \angle ACE = \angle ABC - \angle ABD$, 即 $\angle FBC = \angle FCB$,
$\therefore BF = CF$.
(2) 解: ① 補(bǔ)全圖形如答圖所示.
由 (1) 可得 $FB = FC$,
$\because AB = AC$, $\therefore AH$ 垂直平分 $BC$.
$\because \angle BAC = 40^{\circ}$, $\therefore \angle HAC = \frac{1}{2} \angle BAC = 20^{\circ}$.
$\because \angle BAC = 40^{\circ}$, $\angle BAD = 60^{\circ}$,
$\therefore \angle CAD = \angle BAD - \angle BAC = 60^{\circ} - 40^{\circ} = 20^{\circ}$,
$\therefore \angle HAD = \angle HAC + \angle CAD = 20^{\circ} + 20^{\circ} = 40^{\circ}$.
$\because AD = AB$, $AB = AC$, $\therefore AC = AD$,
$\therefore \angle ADC = \angle ACD = \frac{1}{2}(180^{\circ} - \angle CAD) = \frac{1}{2} × (180^{\circ} - 20^{\circ}) = 80^{\circ}$,
在 $\triangle AHD$ 中, $\angle AHD = 180^{\circ} - \angle HAD - \angle ADH = 180^{\circ} - 40^{\circ} - 80^{\circ} = 60^{\circ}$.
② 不變, $\angle AHD = 60^{\circ}$.