Question Number 18063 by Tinkutara last updated on 14/Jul/17
$$\mathrm{The}\:\mathrm{angles}\:{A},\:{B},\:{C}\:\mathrm{of}\:\mathrm{a}\:\mathrm{triangle}\:{ABC} \\ $$$$\mathrm{satisfy}\:\mathrm{4cos}{A}\mathrm{cos}{B}\:+\:\mathrm{sin2}{A}\:+\:\mathrm{sin2}{B}\:+ \\ $$$$\mathrm{sin2}{C}\:=\:\mathrm{4}.\:\mathrm{Then}\:\mathrm{which}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{following} \\ $$$$\mathrm{statements}\:\mathrm{is}/\mathrm{are}\:\mathrm{correct}? \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{triangle}\:{ABC}\:\mathrm{is}\:\mathrm{right}\:\mathrm{angled} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{triangle}\:{ABC}\:\mathrm{is}\:\mathrm{isosceles} \\ $$$$\left(\mathrm{3}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{triangle}\:{ABC}\:\mathrm{is}\:\mathrm{neither} \\ $$$$\mathrm{isosceles}\:\mathrm{nor}\:\mathrm{right}\:\mathrm{angled} \\ $$$$\left(\mathrm{4}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{triangle}\:{ABC}\:\mathrm{is}\:\mathrm{equilateral} \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 14/Jul/17
$$\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{A}+\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{B}+\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{C} \\ $$$$=\mathrm{2sin}\:\left({A}+{B}\right)\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)+\mathrm{2sin}\:{C}\mathrm{cos}{C} \\ $$$$=\mathrm{2sin}\:{C}\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)−\mathrm{2sin}\:{C}\mathrm{cos}\left({A}+{B}\right) \\ $$$$\mathrm{4cos}\:{A}\mathrm{cos}\:{B}=\mathrm{2cos}\:\left({A}+{B}\right)+\mathrm{2cos}\:\left({A}−{B}\right) \\ $$$${given}\:{expression}. \\ $$$$−\mathrm{cos}\:\left({A}+{B}\right)\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{C}\right) \\ $$$$\:\:\:\:+\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{C}\right)=\mathrm{2} \\ $$$${case}\:\mathrm{1}:\:{if}\:\:\left({A}+{B}\right)<\frac{\pi}{\mathrm{2}},\mathrm{sin}\:{C}<\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{C}\right)<\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{LHS}=\mathrm{2}−\left({some}\:+{ve}\:{number}\right)\neq\mathrm{2} \\ $$$${case}\:\mathrm{2}:\:{if}\:\left({A}+{B}\right)\geqslant\pi/\mathrm{2} \\ $$$${A}+{B}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}+{x}\Rightarrow{C}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}−{x} \\ $$$$\mathrm{sin}\:{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:{x}\right)+\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{cos}\:{x}\right)=\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{sin}\:{x}\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}\:{x}}\geqslant\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{RHS}=\mathrm{1}\:{iff}\:{x}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{cos}\:\left({A}−{B}\right)=\mathrm{1}\Rightarrow{A}={B} \\ $$$$\Rightarrow{A}+{B}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\Rightarrow{C}=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$${so}\:\mathrm{triangle}\:\mathrm{is}\:\mathrm{right}\:\mathrm{angles}\:\mathrm{and} \\ $$$$\mathrm{isoceles}. \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 15/Jul/17
$$\frac{\mathrm{2}−\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{sin}\:{x}\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}\:{x}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{sin}\:{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:{x}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}\:{x}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{2sin}\:{x}\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}\right)}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}\geqslant\mathrm{1} \\ $$
Commented by Tinkutara last updated on 15/Jul/17
$$\mathrm{Thanks}\:\mathrm{Sir}! \\ $$
Answered by Tinkutara last updated on 16/Jul/17
$$\mathrm{In}\:\mathrm{any}\:\Delta{ABC},\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{A}\:+\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{B}\:+ \\ $$$$\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{C}\:=\:\mathrm{4}\:\mathrm{sin}\:{A}\:\mathrm{sin}\:{B}\:\mathrm{sin}\:{C} \\ $$$$\therefore\:\mathrm{4cos}{A}\mathrm{cos}{B}\:+\:\mathrm{4sin}{A}\mathrm{sin}{B}\mathrm{sin}{C}\:=\:\mathrm{4} \\ $$$$\mathrm{sin}\:{C}\:=\:\frac{\mathrm{1}\:−\:\mathrm{cos}\:{A}\:\mathrm{cos}\:{B}}{\mathrm{sin}\:{A}\:\mathrm{sin}\:{B}}\:\leqslant\:\mathrm{1}\:…\left(\boldsymbol{{i}}\right) \\ $$$$\mathrm{1}\:\leqslant\:\mathrm{cos}\:{A}\:\mathrm{cos}\:{B}\:+\:\mathrm{sin}\:{A}\:\mathrm{sin}\:{B}\:=\:\mathrm{cos}\:\left({A}\:−\:{B}\right) \\ $$$$\therefore\:{A}\:=\:{B}\:\mathrm{and}\:\mathrm{putting}\:\mathrm{this}\:\mathrm{in}\:\left(\boldsymbol{{i}}\right), \\ $$$$\mathrm{sin}\:{C}\:=\:\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{C}\:=\:\mathrm{90}°. \\ $$$$\mathrm{Hence}\:\mathrm{ABC}\:\mathrm{is}\:\mathrm{a}\:\mathrm{right}\:\mathrm{angled}\:\mathrm{isosceles} \\ $$$$\mathrm{triangle}. \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 16/Jul/17
$$\mathrm{Simple}\:\mathrm{approach}. \\ $$