11287. Докажите справедливость формулы для углов
\alpha
,
\beta
,
\gamma
треугольника
ABC
:
\sin2\alpha+\sin2\beta+\sin2\gamma=4\sin\alpha\sin\beta\sin\gamma.

Решение. Первый способ. Складывая равенства
\sin2\alpha+\sin2\beta=2\sin(\alpha+\beta)\cos(\alpha-\beta)=2\sin\gamma\cos(\alpha-\beta)

и
\sin2\gamma=2\sin\gamma\cos\gamma=-2\sin\gamma\cos(\alpha+\beta),

получим, что
\sin2\alpha+\sin2\beta+\sin2\gamma=2\sin\gamma\cos(\alpha-\beta)-2\sin\gamma\cos(\alpha+\beta)=

=2\sin\gamma(\cos(\alpha-\beta)-\cos\alpha(\alpha+\beta))=4\sin\alpha\sin\beta\sin\gamma.

Второй способ. Пусть
O
— центр описанной окружности остроугольного треугольника
ABC
с углами
\angle A=\alpha,~\angle B=\beta,~\angle C=\gamma,

R
— радиус окружности. Тогда
AO=BO=CO=R,~\angle BOC=2\alpha,~\angle AOC=2\beta,~\angle AOBC=2\gamma.

Поскольку площадь
S
треугольника
ABC
складывается из площадей треугольников
BOC
,
AOC
и
AOB
, то
S=\frac{1}{2}R^{2}(\sin2\alpha+\sin2\beta+\sin2\gamma).

С другой стороны,
S=2R^{2}\sin\alpha\sin\beta\sin\gamma

(см. задачу 4258). Приравняв правые части последних двух равенств, получим, что
\sin2\alpha+\sin2\beta+\sin2\gamma=4\sin\alpha\sin\beta\sin\gamma.

Что и требовалось доказать.
Если треугольник
ABC
не остроугольный (например,
\alpha\geqslant90^{\circ}
), то
\angle BOC=360^{\circ}-2\alpha
, а
S=S_{\triangle AOB}+S_{\triangle AOC}-S_{\triangle BOC}=

=\frac{1}{2}R^{2}\sin2\beta+\frac{1}{2}R^{2}\sin2\gamma-\frac{1}{2}R^{2}\sin(360^{\circ}-2\alpha)=

\frac{1}{2}R^{2}(\sin2\alpha+\sin2\beta+\sin2\gamma).

Значит, получим тот же результат.
Примечание. 1. Следствие. Заменив углы
2\alpha
,
2\beta
,
2\gamma
на углы
180^{\circ}-\alpha
,
180^{\circ}-\beta
,
180^{\circ}-\gamma
, (что корректно, поскольку и та и другая суммы равны по
360^{\circ}
), получим ещё одну важную формулу для углов треугольника:
\sin\alpha+\sin\beta+\sin\gamma=4\cos\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\beta}{2}\cos\frac{\gamma}{2}.

2. См. статью Г.Филипповского «Замечательные точки треугольника и тригонометрия», Квант, 2010, N4, с.31, 34-35.