警方調查發現，林女是桃園某酒店小姐，與呂男因工作認識，呂男疑似愛慕林女，曾花4萬8,000元「包出場」3日，2人搭乘43歲白牌車司機姜姓男子的車輛前往花蓮遊玩。8日上午3人入住當地汽車旅館，當天下午前往化仁海堤看海時，林、呂2人疑因債務或感情糾紛爆發激烈衝突。
下午約1時50分，呂男突然毆打林女，監視器畫面顯示他持不明物品猛擊林女頭部，將其拖入海中試圖離去，見林女掙扎起身後又返回繼續施暴，直到確認林女溺斃後才離開現場。林女遺體於當天下午2時50分左右被海浪沖至太平洋公園岸邊，民眾見狀報警。
警方獲報後調查，當場在岸邊發現林女手機、鞋子及香水，透過監視器比對確認嫌犯身分。警方與海巡、刑警組成專案小組，於案發後12小時內分別在花蓮、新北將呂男及姜男拘提到案。
呂男供稱自己受託向林女討債，卻拿不出本票或委託書，警方懷疑是追求不成、因愛生恨動殺機。姜男則稱不知情，僅負責接送。警方將持續釐清案情及確切動機。
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