Verified answer

Жаль, сканер недоступен :(((

Итак, прямая, проходящая через центры, является осью симметрии. Продолжим её до пересячения с внешними касательтными, точку пересячения обозначим С;

Центр малой окружности О1, большой О2. "Верхняя" (ну, та, что на чертеже выше, ось пусть горизонтальная) внешняя касательная касается малой окружности в точке M, большой - в точке N;

Из центров окружностей в эти точки проводим радиусы, они, само собой, перпендикулярны этой касательной АN.

Обозначим Р точку пересечения оси с малой окружностью (вторую, первая, дальняя от С, по условию обозначена О), длинна СP = x;

Кроме того, через точку M проводим до пересячения с О2N прямую, параллельную оси. Точку пересечения обозначим К. 

Угол между осью и внешней касательной обозначим Ф

Если вы нарисуете чертеж, то дальше все соотношения очевидны.

KM = O1O2 = R+r; KN = R-r; MN = корень(KM^2 - KN^2) = 2*корень(R*r)

KN/KM = cos Ф = MO1/CO1 = r/(x+r); 

(R-r)/(R+r) = r/(x+r); x = 2*r^2/(R-r);

Осталось заметить, что тр-к СОА подобен тр-ку СО1M и, само собой, CO2N и MNK;

AO/CO = tg Ф; CO = x+2*r;

На самом деле, задача уже решена, АВ = 2*АО, осталось только всё сосчитать.

AO = (2*r + 2*r^2/(R-r))*(R-r)/(2*корень(R*r)) = корень(R*r);

Столь сильное упрощение требует геометрического объяснения, но я его пока не нашел. Получается, что искомое расстояние равно расстоянию между точками касания окружностей одной касательной (то есть АВ = MN).

Ответ АВ = 2*корень(R*r) = 2*корень(15); 

АААА!!!!! Нашел элементарное решение!!! Пусть точки касания второй внешней касательной N1 и M1. Рассмотрим трапецию NMM1N1. Все отрезки, соединяющие О с вершинами этой трапеции, являются биссектрисами углов (Это следует из равенства дуг, к примеру дуга ON = дуга ON1, поэтому угол ONM = угол ONN1, то есть ОN - биссектриса). В трапеции все биссетрисы пересекаются в точке О, поэтому в неё МОЖНО вписать окружность, поэтому суммы противоположных сторон равны, а АВ - средняя линяя в этой трапеции :))), поэтому она равна боковой строне этой (равнобедренной) трапеции, то есть АВ=MN :)))))

МN находится элементарно из прямоугольного тр-ка MNK.

ВСЁ