$$\frac{a+b}{c}=\frac{\cos{\left(\frac{\alpha-\beta}{2}\right)}}{\sin{\left(\frac{\gamma}{2}\right)}}\tag{1}$$
and
$$\frac{a-b}{c}=\frac{\sin{\left(\frac{\alpha-\beta}{2}\right)}}{\cos{\left(\frac{\gamma}{2}\right)}}\tag{2}$$
Estas son mis soluciones a los problemas $2$ y $6$ de la Olimpiada Panamericana Femenil de Matemáticas.
Problema 2. Considere el triángulo rectángulo isósceles $\triangle{ABC}$ con $\angle{BAC}=90^\circ$. Sea $l$ la recta que pasa por $B$ y el punto medio del lado $AC$. Sea $\tau$ la circunferencia con diámetro $AB$. La recta $l$ y la circunferencia $\tau$ se intersecan en el punto $P$, diferente de $B$. Muestre que la circunferencia que pasa por los puntos $A$, $C$ y $P$ es tangente a la recta $BC$ en $C$.
Demostración. Considera una línea, $m$, paralela a $AB$ que pase por $C$. Denota con $D$ la intersección de $l$ y $m$. Por el Teorema de Tales, $\angle{APD}=90^\circ$. Como $\angle{ACD}$ es recto, tenemos que $APCD$ es cíclico. Llamemos $M$ al punto medio de $AC$. Claramente, $\triangle{ABM}\cong{\triangle{CDM}}$ (por el criterio $ALA$) con $CD=AB=AC$, por lo que $\triangle{ACD}$ es también un triangulo rectángulo isósceles con $\angle{ADC}=\angle{ACB}$. Por la conversa del Teorema del Segmento Alterno, la circunferencia que pasa por los puntos $A$, $P$ y $C$ debe ser tangente a $BC$ en $C$.
Now, by the Law of Cosines,
$$n^2=b^2+d^2-2bd\cos{\frac{\alpha}{2}}\tag{4}$$
$$m^2=c^2+d^2-2cd\cos{\frac{\alpha}{2}}\tag{5}$$
Dividing $(4)$ by $(5)$ and substituting $\frac{n^2}{m^2}$ by $\frac{b^2}{c^2}$ we have
$$\frac{b^2}{c^2}=\frac{b^2+d^2-2bd\cos{\frac{\alpha}{2}}}{c^2+d^2-2cd\cos{\frac{\alpha}{2}}}$$
From which we get
$$d^2(b^2-c^2)=2bcd\cos{\frac{\alpha}{2}}(b-c)$$
Isolating $d$, factoring and simplifying we obtain $(2)$.
$\square$
Another proof of Lemma 1 can be found here.
Lemma 2. Let $\triangle{ABC}$ be a triangle and let $a$, $b$ and $c$ be the lengths of sides $BC$, $AC$ and $BC$, respectively. Then the following identity holds
$$2\cos{\frac{\alpha}{2}}=\sqrt{\frac{(b+c)^2-a^2}{bc}}\tag{6}$$
A proof of Lemma 2 can be found here.
$\square$
Main proof
Combining $(2)$ and $(6)$ we obtain
$$d=\frac{bc}{(b+c)}\cdot{\sqrt{\frac{(b+c)^2-a^2}{bc}}}$$
Raising both sides to the power of 2 we get $(1)$.
$\square$
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