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L'esperto di matematica

Teorema dei seni

Angela chiede aiuto in merito a tre problemi di trigonometria relativi all'applicazione del teorema dei seni.
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Ricevo da Angela la seguente domanda:   Caro professore, le chiedo aiuto per l'impostazione dei seguenti problemi (nn. 200, 205, 206 pag.881, Matematica.blu2.0): 1) La bisettrice \(NP\) del triangolo \(LMN\) misura \(40\). Determina \(\overline{NM}\) e \(\overline{LP}\), noti \(L\hat{N}M=\arccos \frac{7}{25}\) e \(\hat{M}=30{}^\circ\). 2) Sia \(ABC\) un triangolo equilatero inscritto in una circonferenza di raggo \(r\). Considera una corda \(CD\) interna all’angolo \(A\hat{C}B\) e su \(CD\) un punto \(E\) tale che \(AD\cong DE\). Dopo aver dimostrato che il triangolo \(ADE\) è equilatero, esprimi in funzione di \(x=A\hat{C}D\) il perimetro del traingolo \(AEC\). Determina poi per quale valore di \(x\) il perimetro del triangolo misura \(\left( 2+\sqrt{3} \right)r\). 3) Sono dati i triangoli \(ABC\) e \(ABD\), appartenenti allo stesso semipiano rispetto al segmento \(AB\), tali che l’angolo \(A\hat{C}B\) è la metà dell’angolo \(A\hat{D}B\), \(\overline{CB}=2a\), \(\overline{AD}=a\), e \(C\hat{B}D=\frac{\pi }{6}\). Indica con \(P\) il punto di intersezione tra \(AC\) e \(BD\) e, posto \(A\hat{C}B=x\), determina la funzione: \[f\left( x \right)=\frac{\overline{PC}-\overline{PB}}{\overline{PD}}\quad .\] Calcola poi in quali intervalli di \(\left[ 0,2\pi  \right]\) si ha \(f(x)\ge 0\). Grazie!   Le rispondo così:   Cara Angela, nel primo caso, detto \(2\alpha =L\hat{N}M\), si ha \[\cos \alpha =\sqrt{\frac{25+7}{50}}=\frac{4}{5}\quad \sin \alpha =\frac{3}{5}\] per cui, applicando il teorema dei seni ai triangoli \(NPM\) e \(NPL\): \[\frac{\overline{NP}}{\sin 30{}^\circ }=\frac{\overline{NM}}{\sin \left( 30{}^\circ +\alpha  \right)}\to \overline{NM}=80\left( \frac{2}{5}+\frac{3\sqrt{{3}}}{10} \right)=8\left( 4+3\sqrt{3} \right)\]\[\frac{\overline{LP}}{\sin \alpha }=\frac{\overline{NP}}{\sin \left( 30{}^\circ +2\alpha  \right)}\to \overline{LP}=40\frac{3}{5}\left( \frac{50}{7+24\sqrt{3}} \right)=\frac{1200}{7+24\sqrt{3}}\quad .\] Nel secondo caso, il triangolo isoscele \(ADE\) è equilatero in quanto \(A\hat{D}C=60^\circ\), dal momento che la corda \(AC\) su cui insiste è la stessa su cui insiste l’angolo \(A\hat{B}C=60^\circ\). Applicando il teorema dei seni al triangolo \(AEC\) si ha:            \[\frac{\overline{EC}}{\sin \left( 60{}^\circ -x \right)}=\frac{\overline{AC}}{\sin 120{}^\circ }\to \overline{EC}=r\left( \sqrt{3}\cos x-\sin x \right)\]\[\frac{\overline{EA}}{\sin x}=\frac{\overline{AC}}{\sin 120{}^\circ }\to \overline{EA}=2r\sin x\]da cui             \[2{{p}_{AEC}}=r\left( \sqrt{3}\cos x+\sin x+\sqrt{3} \right)\]e in particolare: \[r\left( \sqrt{3}\cos x+\sin x+\sqrt{3} \right)=r\left( 2+\sqrt{3} \right)\leftrightarrow \sin \left( \frac{\pi }{3}+x \right)=1\leftrightarrow x=\frac{\pi }{6}\quad .\] Nell’ultimo caso, osservand0 i triangoli \(PBC\) e \(PDA\), e applicando il teorema dei seni, si ha:           \[\frac{\overline{PC}}{\sin \left( \pi /6 \right)}=\frac{\overline{CB}}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\to \overline{PC}=\frac{a}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\]\[\frac{\overline{PB}}{\sin x}=\frac{\overline{CB}}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\to \overline{PB}=\frac{2a\sin x}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\]\[\frac{\overline{PD}}{\sin \left( x-\pi /6 \right)}=\frac{\overline{AD}}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\to \overline{PD}=\frac{a\sin \left( x-\pi /6 \right)}{\sin \left( x+\pi /6 \right)}\] per cui\[f\left( x \right)=\frac{\overline{PC}-\overline{PB}}{\overline{PD}}=\frac{\left( 1-2\sin x \right)}{\sin \left( x-\pi /6 \right)}=\frac{2\left( 1-2\sin x \right)}{\cos x-\sqrt{3}\sin x}\] e tale funzione è positiva per \[0\le x<\frac{\pi }{6}\vee \frac{\pi }{6}<x\le \frac{5}{6}\pi \vee \frac{7}{6}\pi <x\le 2\pi \quad .\] Massimo Bergamini
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