3. 如图,$\triangle ABC$ 是等腰三角形,$AB = AC$,$0^{\circ} < \angle BAC < 60^{\circ}$,分别在 $AB$ 的右侧,$AC$ 的左侧作等边三角形 $ABD$ 和等边三角形 $ACE$,$BD$ 与 $CE$ 相交于点 $F$。
(1) 求证:$BF = CF$。
(2) 作射线 $AF$ 交 $BC$ 于点 $G$,交射线 $DC$ 于点 $H$。
① 补全图形,当 $\angle BAC = 40^{\circ}$ 时,求 $\angle AHD$ 的度数。
② 当 $\angle BAC$ 的度数在给定范围内发生变化时,$\angle AHD$ 的度数是否也发生变化?若不变,请直接写出 $\angle AHD$ 的度数;若变化,请给出 $\angle AHD$ 的度数的变化范围。

答案:(1) 证明: $\because AB = AC$, $\therefore \angle ACB = \angle ABC$.
$\because$ 三角形 $ABD$ 和三角形 $ACE$ 都是等边三角形,
$\therefore \angle ACE = \angle ABD = 60^{\circ}$.
$\because 0^{\circ} < \angle BAC < 60^{\circ}$,
$\therefore \angle ACB - \angle ACE = \angle ABC - \angle ABD$, 即 $\angle FBC = \angle FCB$,
$\therefore BF = CF$.
(2) 解: ① 补全图形如答图所示.
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 不变, $\angle AHD = 60^{\circ}$.