Question Number 17963 by ajfour last updated on 13/Jul/17
Commented by ajfour last updated on 13/Jul/17
$$\mathrm{AB}=\mathrm{2a}\:\:,\:\:\mathrm{CD}=\mathrm{2b} \\ $$$$\mathrm{Find}\:\boldsymbol{\mathrm{r}}\:\mathrm{in}\:\mathrm{terms}\:\mathrm{of}\:\:\:\mathrm{a},\mathrm{b},\phi,\:\mathrm{and}\:\mathrm{R}. \\ $$$$\mathrm{Hence}\:\mathrm{find}\:\mathrm{AP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{BP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{CP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{DP}^{\mathrm{2}} . \\ $$
Commented by ajfour last updated on 13/Jul/17
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$$\mathrm{x}=\sqrt{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\:\:\:,\:\:\:\:\mathrm{y}=\sqrt{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} }\: \\ $$$$\mathrm{sin}\:\boldsymbol{\phi}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{r}}\:\:\:\:,\:\:\:\:\:\mathrm{sin}\:\boldsymbol{\phi}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{y}}{\mathrm{r}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\phi}_{\mathrm{1}} +\boldsymbol{\phi}_{\mathrm{2}} \:=\:\boldsymbol{\phi}\:\:\:,\:\mathrm{so} \\ $$$$\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{r}}\:\right)+\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{r}}\right)=\boldsymbol{\phi}\:\:…\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\:\:\mathrm{cannot}\:\mathrm{r}\:\mathrm{be}\:\mathrm{obtained}\:\mathrm{explicitly}\:? \\ $$$$\mathrm{AP}=\mathrm{a}−\mathrm{PM}\:\:\:\:,\:\:\mathrm{BP}=\mathrm{a}+\mathrm{PM} \\ $$$$\mathrm{CP}=\mathrm{b}−\mathrm{NP}\:\:\:\:\:,\:\:\mathrm{DP}=\mathrm{b}+\mathrm{NP} \\ $$$$\mathrm{AP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{BP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{CP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{DP}^{\mathrm{2}} =\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{2a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2PM}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2NP}^{\mathrm{2}} \:\:\:…\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\mathrm{Now},\:\mathrm{PM}^{\mathrm{2}} +\mathrm{NP}^{\mathrm{2}} =\mathrm{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\mathrm{and}\:\mathrm{with}\:\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:,\:\:\mathrm{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\:\mathrm{PM}^{\mathrm{2}} +\mathrm{NP}^{\mathrm{2}} =\mathrm{2r}^{\mathrm{2}} −\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{2r}^{\mathrm{2}} −\left(\mathrm{2R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{2r}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2R}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{substituting}\:\mathrm{in}\:\left(\mathrm{ii}\right),\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$$\mathrm{AP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{BP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{CP}^{\mathrm{2}} +\mathrm{DP}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:=\left(\mathrm{2a}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{2b}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\left(\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{r}^{\mathrm{2}} \right)\:; \\ $$$$\:\:\:\:\mathrm{r}\:\mathrm{is}\:\mathrm{obtained}\:\mathrm{from}\:\left(\mathrm{i}\right)\:. \\ $$
Commented by b.e.h.i.8.3.417@gmail.com last updated on 14/Jul/17
$${nice}\:{and}\:{beautiful}\:{mr}\:{Ajfour}. \\ $$