14529. Радиусы двух непересекающихся окружностей равны
R
и
r
; расстояние между их центрами равно
a
. В каких пределах может изменяться длина общей касательной к этим шарам?
Ответ. От
\sqrt{a^{2}-(R+r)^{2}}
до
\sqrt{a^{2}-(R-r)^{2}}
.
Решение. Пусть
A
и
B
— центры данных шаров радиусов
R
и
r
соответственно,
M
и
N
соответственно — точки, в которых прямая касается этих шаров. Через точку
N
проведём плоскость, перпендикулярную прямой
MN
. Тогда точка
B
лежит в этой плоскости. Пусть
C
— ортогональная проекция точки
A
на эту плоскость.
Радиус
AM
первой окружности перпендикулярен проектирующей прямой
MN
, поэтому ортогональная проекция
CN
отрезка
AM
на проведённую плоскость равна и параллельна
AM
. Стороны
CN
и
BN
треугольника
BNC
равны
R
и
r
соответственно, значит,
|R-r|\leqslant BC\leqslant R+r.

Поскольку
ACMN
— прямоугольник, а треугольник
ABC
прямоугольный с прямым углом при вершине
C
, то
MN=AC=\sqrt{AB^{2}-BC^{2}}=\sqrt{a^{2}-BC^{2}}.

Следовательно,
\sqrt{a^{2}-(R+r)^{2}}\leqslant MN\sqrt{a^{2}-(R-r)^{2}}.