MathLabs

第4問

平面上に、どの3点も一直線上に並ばず、任意の2点間の距離が有理数である無限集合は存在するか。
ステップ 4/4: 相異性、有理距離、非共線性を確認する
PmPn=2∣sin⁡((m−n)θ)∣∈QP_mP_n=2|\sin((m-n)\theta)|\in\mathbb Q
詳しい解説

弦の公式より PmPn=2∣sin⁡((m−n)θ)∣P_mP_n=2|\sin((m-n)\theta)| は有理数である。Pm=PnP_m=P_n なら (m−n)θ(m-n)\theta は π\pi の整数倍となるが、先の非零性に反するので m=nm=n。したがって点は無限個で相異なる。すべて同一円上にあり、直線と円の交点は高々2個だから、3点が一直線上に並ぶことはない。