久保問題1

1辺の長さが 1 の正三角形 ABC の
各辺 AB, BC, CA 上に点 P, Q, R があり
P を中心とし BC に接する円
Q を中心とし CA に接する円
R を中心とし AB に接する円
この三つの円が互いに外接しているとする。
このとき次を示せ。

(1) BP = CQ = RA と仮定して次を求めよ。
 (a) PQ の長さを求めよ。
 (b) その三つの円に外接する円の半径を求めよ。

(2) BP = CQ = RA を証明せよ。

この問題の (1) は4回生久保君が
某私立高校の採用試験を受けたときに出た
問題だそうです。
(2) は中学生諸君にとっては、次の補題を認めるか又は
先に証明しておかないと難しいと思います。

補題
∠PBQ = 60°のとき
PQ2 = PB2 - PB×QB + QB2 である。

補題を認めても (2) はかなり難問です

(1)の解答
補題の証明
(2) の解答