Question

Помогите, кто хорошо знает планометрию. Нигде не нашел в интернете.
Окружность радиуса 13 вписана в угол 60 градусов. Вторая окружность также вписана в этот угол и пересекается с первой в точках А и В. Известно, что АВ = 10. Найдите расстояние между центрами окружностей.

Answer 1

обозначим:
Ё - данный нам угол (равен 60 градусов)
О1 - центр первой окружности ( радиус Р1=13)
О2 - центр второй окружности (радиус Р2)
Ж1 - точка касания первой окружности с лучом угла Ё (любым)
Ж2 - точка касания второй окружности с этим же лучом угла Ё
решение:
1) 
треугольники ЁО1Ж1 и ЁО2Ж2 подобны ( прямоугольные: О1Ж1 и О2Ж2-радиусы к касательной, с общим углом ):
Р1:Р2=ЁО1:ЁО2, откуда получаем 
ЁО2=ЁО1*Р2:Р1
рассмотрим два варианта
а)ЁО2=ЁО1+О1О2 (центр второй окружность дальше от вершины угла, чем центр первой)
б)ЁО2=ЁО1-О1О2( то же самое только ближе)
получаем:
а)ЁО2=ЁО1+О1О2=ЁО1*Р2:Р1⇒О1О2=ЁО1*(Р2:Р1-1)
б)ЁО2=ЁО1-О1О2=ЁО1*Р2:Р1⇒О1О2=ЁО1*(1-Р2:Р1)
2)
из треугольника ЁО1Ж1 (прямоугольный, с острым углом 60/2=30 градусов):
ЁО1=2О1Ж1=2Р1
3)
рассмотрим треугольник О2О1А:
две стороны - радиусы окружностей Р1 и Р2
еще одна сторона О1О2, которую надо найти
с другой стороны прямая содержащая О1О2 - средняя линия отрезка АВ
найдем площадь этого треугольника:
Площадь О2О1А=(1/2)(АВ/2)О1О2 (половина произведения высоты и основания)
а по формуле Герона..
П-полупериметр=(Р1+Р2+О1О2)/2
Площадь равна √(П(П-Р1)(П-Р2)(П-О1О2))
Получили:
(АВ*О1О2)/4=√(П(П-Р1)(П-Р2)(П-О1О2))
4) объеденим результаты, и займемся алгеброй
обозначим, для удобства х=О1О2, у=Р2
1)2)⇒
а) х=2*13(у/13-1)=2у-26
б) х=2*13(1-у/13)=26-2у
3)⇒
10х=4√(П(П-Р1)(П-Р2)(П-О1О2))
100х²=(13+х+у)(13+х-у)(13-х+у)(х+у-13)

подставляем
а)
100(2у-26)²=(13+2у-26+у)(13+2у-26-у)(13-2у+26+у)(2у-26+у-13)
400(у-13)²=(3у-13)(у-13)(39-у)(3у-39)
400=3(3у-13)(39-у)
-9у²+390у-39²-400=0
у1=113/3, у2=17/3
второй нам не подходит, так как в п а) подразумеваели, что у=Р2>Р1=13
х=2*113/3-26=(113*2-26*3)/3=(226-78)/3=148/3=49+1/3
б)
100(26-2у)²=(13+26-2у+у)(13+26-2у-у)(13-26+2у+у)(26-2у+у-13)
100(26-2у)²=(39-у)(39-3у)(3у-13)(13-у)
получили то же самое, но теперь нам у1 не подходит, а у2 подходит
х=26-2*17/3=(26*3-2*17)/3=(78-34)/3=44/3=14+2/3

Ответ: $14 \frac{2}{3} ; 49 \frac{1}{3}$

Answer 2

Вот если и я попробую :)  Ясно, что вариантов расположения второй окружности 2 - если центр её ближе к вершине угла и - если дальше, чем центр заданной окружности радиуса 13. Возможно, и ответ будет разный в каждом из этих случаев.
В числах решать не интересно, так что я введу обозначения R = 13; радиус первой окружности, r - радиус второй окружности, m = 5; - половина общей хорды, k = sin(α/2); где α = 60°; (чтобы не "тянуть" синус в записи); и пусть b = √(R^2 - m^2) = 12;
Если опустить из центров перпендикуляры к общей внешней касательной (стороне заданного угла), и из центра меньшей окружности провести параллельную к этой касательной прямую, то из полученного треугольника следует 
d*sin(α/2) = IR - rI;
тут два варианта 
d*k = R - r; то есть r = R - d*k; если R>r; и
d*k = r - R; то есть r = R + d*k; если r > R;
это можно записать в виде r = R + d*k; если считать, что k принимает два значения +sin(α/2) и -sin(α/2);
Кроме того, очевидно, что 
d = √(R^2 - m^2) + √(r^2 - m^2); 
Отсюда (d - √(R^2 - m^2))^2 = r^2 - m^2;
d^2 - 2*b*d + R^2 - m^2 = r^2 - m^2;
d^2 - 2*b*d + R^2 - r^2 = 0; пока что я нигде знака не потерял.Если теперь подставить r = R + d*k; то получится
d^2 - 2*b*d + R^2 - R^2 - 2*R*k*d - k^2*d^2 = 0;
d*(1 - k^2) = 2*(b + R*k);
d = 2*(b + R*k)/(1 - k^2);
конечно, в знаменателе получился квадрат косинуса 30°, равный 3/4.
сама величина k может принимать два значения +1/2 (если центр второй окружности дальше от вершины угла) и -1/2 (если центр второй окружности ближе к вершине угла, чем центр первой);
соответственно, будет два ответа.
1) d = 2*(12 + 13/2)*4/3 = 148/3; 2) d = 44/3;