Мои рассуждения примерно такие. Для доказательства мне понадобятся 3 допущения:
- Так как планеты вращаются почти в одной плоскости, то для доказательства я это "почти" учитывать не буду.
- Так же утрирую пути вращения планет до круга. Если мои упрощения кажутся слишком большими, то каждый имеет право предложить решение без этих упрощений.
- В какой-то момент планеты окажутся на одной прямой.
Данные по обращению планет вокруг солнца такие:
Меркурий Тобр = 88 суток, расстояние R = 58 млн. км
Венера Тобр = 225 суток, расстояние R = 108 млн. км
Земля Тобр = 365 суток, расстояние R = 150 млн. км
Как видно по рисунку. Венера (несмотря на то, что она вторая планета, а Меркурий первая) не всегда ближе к Земле, чем Меркурий. Это происходит из-за разного времени обращения планет относительно Солнца.
Для того, чтобы прикинуть действительное расстояние от Земли до Меркурия и Венеры, можно представить орбитальное движение планет как функцию от времени.
Пусть в какой-то момент все 3 планеты находятся на одной прямой (о достижимости этого можно еще портянку текста написать, не буду на этом останавливаться). Обозначим эту прямую OX.
Тогда координата X в момент времени t0=0 (условная точка отсчета, когда планеты оказались на одной прямой) для меркурия = 58, для Венеры = 108, для Земли = 150. Координата Y для трех планет равна 0.
В момент времени t (суток) координаты равны x = R * cos(Тобр/t*2пи):
Получаем функции от времени:
для Меркурия xМ(t) = 58 * cos(88/t*2пи); yМ(t) = 58 * sin(88/t*2пи)
для Венеры xВ(t) = 108 * cos(225/t*2пи); yВ(t) = 108 * sin(225/t*2пи)
для Земли xЗ(t) = 150 * cos(365/t*2пи); yЗ(t) = 150 * sin(365/t*2пи)
Расстояние между Землей и Меркурием в момент времени SM(t) =
= ((xМ - xЗ)^2 + (yМ - yЗ)^2)^0.5 =
= (хМ^2 + хЗ^2 - 2 * xМ * хЗ + уМ^2 + уЗ^2 - 2 * уМ * уЗ)^0.5 =
= ((хМ^2 + уМ^2) + (хЗ^2 + уЗ^2) - 2 * (xМ * хЗ + уМ * уЗ))^0.5 =
первые две скобки это не что иное как радиусы в квадрате орбит Меркурия и Земли соответственно
= (58^2 + 150^2 - 2 * (xМ * хЗ + уМ * уЗ))^0.5 =
= (25864 - 2 * (xМ * хЗ + уМ * уЗ))^0.5
Для Венеры аналогично упрощаем SB(t) =
= ((xВ - xЗ)^2 + (yВ - yЗ)^2)^0.5 = ... =
= (34164 - 2 * (xВ * хЗ + уВ * уЗ))^0.5
Теперь надо сравнить какое расстояние больше в момент времени t. Так как расстояния у нас положительны, то их можно возвести в квадрат - тем самым мы избавимся от квадратных корней.
Искомая функция F(t) = SM^2(t) - SB^2(t) положительна, когда расстояние до Меркурия ближе, чем до Венеры, и отрицательна, когда до Меркурия дальше, чем до Венеры.
F(t) = 25864 - 2 * (xМ * хЗ + уМ * уЗ) - 34164 + 2 * (xВ * хЗ + уВ * уЗ) =
= -8300 + 2 * (xВ * хЗ - xМ * хЗ + уВ * уЗ - уМ * уЗ) =
= -8300 + 2 * (16200 * cos(225/t*2пи) * cos(365/t*2пи) - 8700 * cos(88/t*2пи) * cos(365/t*2пи) + 16200 * sin(225/t*2пи) * sin(365/t*2пи) - 8700 * sin(88/t*2пи) * sin(365/t*2пи))
Окончательным решением будет - взять интеграл по dt (от t = 0 до t= 289080 (это НОК от 88, 225, 365)). Если он положительный, то в среднем ближе Меркурий, отрицательный - Венера.
На этом, пожалуй, всё! Так как дан ответ - "как доказать". А вот на вопрос "кто ближе" есть обоснованные сомнения, что решение не влезет в 4000 символов.