Первый случай надо рассмотреть и сразу отбросить, заниматься вторым. Не знаю как тут без дифференциального исчисления, но задача решается классическим школьным методом максимизации функции одной переменной. Угол равен

, где

(Оффтоп)
Я может быть глупый, но мне очень тяжело найти на форуме справку по ТЕХу. В ФАКе не нашел, ищу каждый раз поиском, нахожу одну тему, где есть только несколько простых примеров... Буду искать арккосинусы дальше...