Hola
Si llamas \( O \) al centro de la circunferencia pequeña:

- Distancia \( AO=L+r \).
- Distancia \( OD=L-r \).
- La proyección \( O' \) de \( O \) sobre el lado \( AD \) cumple distancia \( AO'=L-r \) y distancia \( O'D=r \).
- Con ello calculanod \( O'O \) en el triángulo \( AOO' \) y en el triángulo \( DOO' \) obtienes \( r \) en función de \( L \).
Spoiler
Debe de dar: \( r=\dfrac{L}{6} \).
Saludos.
CORREGIDO (añadido gráfico)