Problema 508.- Sea ABC un triángulo, I su incentro y r el radio de su circunferencia inscrita. Demostrar que se cumplen las siguientes desigualdades:

 

 

Resolución: (Vicente Vicario García, I.E.S. “El Sur”, Huelva)

 

Utilizaremos la notación habitual en la geometría del triángulo. Observemos inicialmente que  son todos valores positivos. 

Previamente demostraremos un lema.

Lema: “En todo triángulo ABC se tiene la identidad , y análogas expresiones para y para  ”.

Demostración: Para demostrar el lema basta emplear el teorema de los senos generalizado, expresiones trigonométricas elementales para los semiángulos del triángulo, y la conocida identidad                                                  

                                            [1]

 

Es claro que , y . Por otra parte, tenemos que

 

 

y, en consecuencia 

 

 

lo que concluye la demostración del lema ■

 

Para demostrar la proposición utilizaremos la desigualdad de Erdös-Mordell mejorada, conocida también como desigualdad de Barrow†. Además, utilizaremos las expresiones clásicas para la longitud de las bisectrices interiores de los ángulos de un triángulo. Si denotamos por A´ el punto de corte de la bisectriz interior del ángulo del triángulo BIC con el lado BC, y tenemos en cuenta la conocida relación , junto con la expresión [1], entonces es claro que

           

 

puesto que es claro que , y análogamente para IB´ e IC´.

 

En consecuencia, aplicando la desigualdad de Barrow (Erdös-Mordell mejorada) y la desigualdad entre las medias aritmética y geométrica, tenemos que

 

 

donde la última de las desigualdades es obvia.

 

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† Se puede ver esta desigualdad en mi artículo sobre la desigualdad de Erdös-Mordell del extra 500 de esta revista.