Question Number 97557 by Power last updated on 08/Jun/20
Answered by mr W last updated on 08/Jun/20
$$\angle{CBE}=\angle{EBD}=\theta=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\alpha\right) \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{2}\theta=\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\alpha \\ $$$${BD}=\mathrm{2}{r}\:\mathrm{sin}\:\alpha \\ $$$${EB}=\frac{\mathrm{2}{r}}{\mathrm{cos}\:\theta} \\ $$$${ED}=\sqrt{{EB}^{\mathrm{2}} +{BD}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}×{EB}×{BD}×\mathrm{cos}\:\theta} \\ $$$${ED}=\sqrt{\frac{\mathrm{4}{r}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta}+\mathrm{4}{r}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha−\mathrm{8}{r}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\:\alpha} \\ $$$${ED}=\mathrm{2}{r}\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta}+\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\alpha} \\ $$$$\frac{\mathrm{sin}\:\varphi}{{EB}}=\frac{\mathrm{sin}\:\theta}{{ED}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\varphi=\frac{{EB}\:\mathrm{sin}\:\theta}{{ED}}=\frac{\mathrm{2}{r}\:\mathrm{sin}\:\theta}{\mathrm{cos}\:\theta\:\mathrm{2}{r}\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta}+\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\alpha}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\varphi=\frac{\mathrm{sin}\:\theta}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\left(\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\alpha\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\varphi=\frac{\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\:\theta}}{\:\sqrt{\mathrm{2}+\left(\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha−\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\alpha\right)\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{1}\right)}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\varphi=\frac{\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\alpha}}{\:\sqrt{\mathrm{2}−\left(\mathrm{2}−\mathrm{sin}\alpha\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:\alpha\right)\mathrm{sin}\:\alpha}} \\ $$$$\Rightarrow\varphi=\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\alpha}}{\:\sqrt{\mathrm{2}−\left(\mathrm{2}−\mathrm{sin}\alpha\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:\alpha\right)\mathrm{sin}\:\alpha}} \\ $$