Докажите теорему о том, что в любом треугольнике сумма расстояний от любой внутренней точки до сторон не меньше радиуса вписанной окружности, и обсудите случаи равенства
Пусть треугольник ABCABCABC с сторонами a=BC, b=CA, c=ABa=BC,\;b=CA,\;c=ABa=BC,b=CA,c=AB, площадь SSS и радиус вписанной окружности rrr. Для произвольной внутренней точки PPP обозначим расстояния до сторон da,db,dcd_a,d_b,d_cda,db,dc (до BC,CA,ABBC,CA,ABBC,CA,AB соответственно). Тогда площадь разбивается на три площади малых треугольников: S=12(ada+bdb+cdc).
S=\tfrac12(a d_a+b d_b+c d_c). S=21(ada+bdb+cdc).
Пусть M=max{a,b,c}M=\max\{a,b,c\}M=max{a,b,c}. Тогда ada+bdb+cdc≤M(da+db+dc),
a d_a+b d_b+c d_c \le M(d_a+d_b+d_c), ada+bdb+cdc≤M(da+db+dc),
откуда da+db+dc≥2SM.
d_a+d_b+d_c \ge \frac{2S}{M}. da+db+dc≥M2S.
Поскольку M≤a+b+c=2sM\le a+b+c=2sM≤a+b+c=2s, имеем 2SM≥2Sa+b+c=2rs2s=r.
\frac{2S}{M}\ge\frac{2S}{a+b+c}=\frac{2rs}{2s}=r. M2S≥a+b+c2S=2s2rs=r.
Следовательно da+db+dc≥r.
d_a+d_b+d_c \ge r. da+db+dc≥r. О равенствах: неравенство фактически строгое для любого невырожденного треугольника и любой внутренней точки: так как M<a+b+cM<a+b+cM<a+b+c, получается 2S/M>r2S/M>r2S/M>r, значит da+db+dc>rd_a+d_b+d_c>rda+db+dc>r. Равенство возможно лишь в вырожденном случае (когда r=0r=0r=0).
S=12(ada+bdb+cdc). S=\tfrac12(a d_a+b d_b+c d_c).
S=21 (ada +bdb +cdc ). Пусть M=max{a,b,c}M=\max\{a,b,c\}M=max{a,b,c}. Тогда
ada+bdb+cdc≤M(da+db+dc), a d_a+b d_b+c d_c \le M(d_a+d_b+d_c),
ada +bdb +cdc ≤M(da +db +dc ), откуда
da+db+dc≥2SM. d_a+d_b+d_c \ge \frac{2S}{M}.
da +db +dc ≥M2S . Поскольку M≤a+b+c=2sM\le a+b+c=2sM≤a+b+c=2s, имеем
2SM≥2Sa+b+c=2rs2s=r. \frac{2S}{M}\ge\frac{2S}{a+b+c}=\frac{2rs}{2s}=r.
M2S ≥a+b+c2S =2s2rs =r. Следовательно
da+db+dc≥r. d_a+d_b+d_c \ge r.
da +db +dc ≥r.
О равенствах: неравенство фактически строгое для любого невырожденного треугольника и любой внутренней точки: так как M<a+b+cM<a+b+cM<a+b+c, получается 2S/M>r2S/M>r2S/M>r, значит da+db+dc>rd_a+d_b+d_c>rda +db +dc >r. Равенство возможно лишь в вырожденном случае (когда r=0r=0r=0).