>>656
まだ回答ついてないんか。

モーメントの釣り合いから(3)が出て、それを使えば三角形OPGに正弦定理使って(2)が出る。
(4)もまずは斜面からGへの相対位置を決めれば簡単で、そのポテンシャルの極大極小を求めれば後は楽勝だろ。

ちゃんと計算してないけど、たぶん>>632は符号が逆。
あんまりφが大きいと、おわんがひっくり返るって事じゃね。