Длины двух сторон треугольника зафиксированы, а третья может меняться. Чему равен минимально возможный радиус окружности, описанной вокруг такого треугольника?
Обозначим две данные стороны a и b, а угол между ними Получим зависимость радиуса описанной около треугольника окружности от a, b и γ. Из теоремы синусов можно получить известную формулу площади треугольника: значит, (используем теорему косинусов):
Очевидно, радиус наименьший, если и только если его учетверённый квадрат наименьший.
Если то
Последнее выражение принимает наименьшее значение, если знаменатель (а значит и косинус) принимает наибольшее значение, то есть если При этом наибольшее значение выражения Но по условию, угол между данными сторонами положителен, иначе это уже не треугольник. Следовательно, в этом случае (если треугольник равнобедренный) наименьшего значения нет, тем не менее, радиус можно сделать сколь угодно близким к половине стороны.
Пусть теперь
Обозначим На этом промежутке найдём наименьшее значение функции
Найдём критические точки
Пусть (большую сторону обозначим a). Тогда
На промежутке производная отрицательна, функция f(t) убывает, на промежутке производная положительна, функция f(t) возрастает, в точке функция f(t) принимает наименьшее значение. Значит, радиус описанной окружности принимает наименьшее значение, когда косинус угла между данными сторонами равен отношению меньшей стороны к большей. При этом наименьший радиус удовлетворяет соотношению
наименьший радиус равен половине наибольшей стороны.
Ответ: если данные стороны равны, то задача не имеет решения, радиус описанной окружности уменьшая, можно сделать сколь угодно близким к половине данной стороны. Если данные стороны различны, то радиус описанной окружности наименьший, если косинус угла между двумя данными сторонами равен отношению меньшей стороны к большей. При этом минимально возможный радиус равен половине большей из данных сторон. При этом треугольник прямоугольный, его гипотенуза — наибольшая из данных сторон.