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Hemmes mathematische Rätsel: Bei welchem Dreieck dieser Art ist die längste Seite am kürzesten?

Viele bunte Dreiecke

Unter allen rechtwinkligen Dreiecken mit verschiedenen ganzzahligen Seitenlängen hat das Dreieck mit den Seitenlängen 3, 4 und 5 die kürzeste Hypotenuse. Bei welchem Dreieck mit einem 60°-Innenwinkel und verschiedenen ganzzahligen Seitenlängen ist die längste Seite am kürzesten?

Das gesuchte Dreieck hat die Seitenlängen a, b und c und den Winkel β = 60°. Weil die Winkelsumme im Dreieck immer 180° beträgt, muss von den beiden anderen Winkeln α und γ einer größer und einer kleiner als 60° sein. Nehmen wir an, α sei größer als 60°. Da dem größten Winkel die längste Seite und dem kleinsten Winkel die kürzeste Seite gegenüberliegt, gilt a > b > c. Nach dem Kosinussatz ist a2 + c2 – 2ac cos β = b2. Da cos 60° = 1/2 ist, vereinfacht sich die Gleichung zu a2 + c2ac = b2. Löst man sie nach c auf, erhält man c1,2 = 1/2(a ± √(4b2 – 3a2)). Da der Wert unter der Wurzel nicht negativ sein darf, gilt 4b2 – 3a2 ≥ 0 oder b1/2√(3 · a). Somit ist die Länge b beschränkt auf das Intervall 0,866 · a < b < a. Probiert man nun systematisch Werte für a und für b aus, findet man als kleinste Lösungen die Dreiecke mit den Seitenlängen (8, 7, 3) und (8, 7, 5).

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