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第4問

ABCABC を正三角形とする。頂点 AA から三角形の内部に向けて、いずれかの辺に達する半直線を引く。半直線が辺に達すると反射の法則に従って跳ね返る、すなわち有向角 θ\theta で到達すれば有向角 180∘−θ180^\circ-\theta で出発する。nn 回の反射の後、半直線は他の二つの頂点のいずれにも達することなく AA に戻る。nn としてありうる値をすべて求めよ。
ステップ 3/7: 横切る直線を反射数として数える
n=2(a+b)−3n=2(a+b)-3
詳しい解説

A=(0,0)A=(0,0) から (a,b)∈V∩U(a,b)\in V\cap U への線分は、ABAB に平行な直線を a−1a-1 本、ACAC に平行な直線を b−1b-1 本、BCBC に平行な直線を a+b−1a+b-1 本横切り、それぞれの交差が折りたたんだ図での一回の反射に対応する;合計は (a−1)+(b−1)+(a+b−1)=2(a+b)−3(a-1)+(b-1)+(a+b-1)=2(a+b)-3 なので n=2(a+b)−3n=2(a+b)-3 である。