В прямоугольном треугольнике, где один из углов равен (60^\circ), мы имеем дело с частным случаем треугольника (30^\circ-60^\circ-90^\circ). В таком треугольнике стороны относятся как (1 : \sqrt{3} : 2). Пусть (a) — длина меньшей стороны (противоположной углу (30^\circ)), тогда гипотенуза будет (2a), а вторая катет будет (a\sqrt{3}).
Центр вписанной окружности треугольника лежит на пересечении биссектрис его углов. В прямоугольном треугольнике центр вписанной окружности находится на расстоянии (r) от вершины прямого угла, где (r) — радиус вписанной окружности. Для прямоугольного треугольника радиус вписанной окружности выражается формулой:
[
r = \frac{a + b - c}{2},
]
где (a) и (b) — катеты, а (c) — гипотенуза.
Согласно условию, расстояние от центра вписанной окружности до вершины угла (60^\circ) равно 10 см. Это расстояние как раз и является радиусом вписанной окружности, следовательно:
[
r = 10 \text{ см}.
]
Подставим в формулу для (r):
[
10 = \frac{a + a\sqrt{3} - 2a}{2}.
]
Упростим уравнение:
[
10 = \frac{a(1 + \sqrt{3} - 2)}{2},
]
[
10 = \frac{a(\sqrt{3} - 1)}{2}.
]
Решим уравнение относительно (a):
[
20 = a(\sqrt{3} - 1),
]
[
a = \frac{20}{\sqrt{3} - 1}.
]
Чтобы избавиться от иррациональности в знаменателе, умножим числитель и знаменатель на сопряженное ((\sqrt{3} + 1)):
[
a = \frac{20(\sqrt{3} + 1)}{(\sqrt{3} - 1)(\sqrt{3} + 1)}.
]
Знаменатель:
[
(\sqrt{3} - 1)(\sqrt{3} + 1) = 3 - 1 = 2.
]
Таким образом:
[
a = \frac{20(\sqrt{3} + 1)}{2} = 10(\sqrt{3} + 1).
]
Теперь найдем большую сторону треугольника, которая является гипотенузой:
[
c = 2a = 2 \times 10(\sqrt{3} + 1) = 20(\sqrt{3} + 1).
]
Следовательно, большая сторона (гипотенуза) данного треугольника равна (20(\sqrt{3} + 1)) сантиметров.