2939. Найдите радиусы вписанной и вневписанных окружностей прямоугольного треугольника с катетом, равным 2, и противолежащим острым углом в
30^{\circ}
.
Ответ.
\sqrt{3}-1;3-\sqrt{3};\sqrt{3}+1;3+\sqrt{3}
.
Решение. Рассмотрим треугольник
ABC
с прямым углом при вершине
C
, в котором
BC=2
,
\angle BAC=30^{\circ}
. Тогда
AB=2BC=4
,
AC=\sqrt{3}BC=2\sqrt{3}
. Если
A_{1}
,
B_{1}
и
C_{1}
— точки касания окружности, вписанной в треугольник, со сторонами
BC
,
AC
и
AB
соответственно, а
r
— радиус вписанной окружности с центром
O
, то четырёхугольник
OA_{1}CB_{1}
квадрат со стороной
r
, поэтому
AC_{1}=AB_{1}=AC-CB_{1}=AC-r,~BC_{1}=BA_{1}=BC-CA_{1}=BC-r.

Тогда
AB=AC_{1}+BC_{1}=(AC-r)+(BC-r)=AC+BC-2r.

Следовательно,
r=\frac{AC+BC-AB}{2}=\frac{2\sqrt{3}+2-4}{2}=\sqrt{3}-1.

Пусть
p=\frac{BC+AC+BC}{2}=\frac{2+2\sqrt{3}+4}{2}=3+\sqrt{3}
— полупериметр треугольника
ABC
,
r_{a}
— радиус окружности с центром
O_{a}
, касающейся катета
BC
в точке
A_{2}
, а продолжений гипотенузы
AB
и катета
AC
— в точках
M
и
N
соответственно. Тогда
2p=AC+BC+AB=AC+(CA_{2}+C_{2}B)+AB=

=AC+(CN+BM)+AB=(AC+CN)+(AB+BM)=AN+AM,

а так как
AM=AN
, то
AN=p
. Четырёхугольник
O_{a}NCA_{2}
— квадрат со стороной
r_{a}
, поэтому
r_{a}=O_{a}A_{2}=CN=AN-AC=p-AC=3+\sqrt{3}-2\sqrt{3}=3-\sqrt{3}.

Если
r_{b}
и
r_{c}
— радиусы вневписанных окружностей треугольника
ABC
, касающихся катета
AC
и гипотенузы
AB
, то аналогично найдём, что
r_{b}=p-BC=3+\sqrt{3}-2=\sqrt{3}+1,~r_{c}=p=3+\sqrt{3}.