4314. Пусть
\alpha
,
\beta
и
\gamma
— углы треугольника,
R
— радиус описанной окружности,
r_{a}
— радиус вневписанной окружности, противолежащей углу
\alpha
. Докажите, что
\cos\beta+\cos\gamma-\cos\alpha=\frac{r_{a}-R}{R}.

Решение. Пусть
r
и
R
— радиусы соответственно вписанной и описанной окружностей треугольника
ABC
с углами
\alpha
,
\beta
и
\gamma
при вершинах
A
,
B
и
C
соответственно;
O
,
I
и
I_{a}
— центры соответственно описанной, вписанной окружностей и вневписанной окружности, противолежащей углу
\alpha
;
M
— середина стороны
BC
,
P
и
Q
— точки касания этой и вписанной окружности со стороной
BC
;
По теореме Мансиона (см. задачу 57) описанная окружность треугольника
ABC
пересекает отрезок
II_{a}
в его середине
K
. Отрезок
KM
с концами в серединах диагоналей
II_{a}
и
MQ
трапеции с основаниями
IQ
и
I_{a}P
равен полуразности оснований (см. задачу 1226), т. е.
KM=\frac{I_{a}P-IQ}{2}
, или
\frac{r_{a}-R}{2}=\frac{I_{a}P-IQ}{2}=KM=OK-OM=

=OK-OC\cos\angle COM=R-R\cos\alpha=R(1-\cos\alpha),

откуда, учитывая, что
r=R(\cos\beta+\cos\gamma+\cos\alpha-1)

(см. задачу 3228), получаем
r_{a}=r+2R(1-\cos\alpha)=R(\cos\beta+\cos\gamma+\cos\alpha-1)+2R(1-\cos\alpha)=

=R(\cos\beta+\cos\gamma-\cos\alpha+1).

Следовательно,
\cos\beta+\cos\gamma-\cos\alpha=\frac{r_{a}-R}{R}.

Что и требовалось доказать.