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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 5/7: nは奇数かつ3の倍数でない
n=2(a+b)−3 is odd, 3∤n ⟹ n≡1 or 5(mod6)n=2(a+b)-3\ \text{is odd},\ 3\nmid n \ \Longrightarrow\ n\equiv1\ \text{or}\ 5\pmod6
詳しい解説

n=2(a+b)−3n=2(a+b)-3 は(偶数)から 33 を引いたものなので奇数である。33 の倍数でない奇数は 66 を法として 11 または 55 に合同なので、あり得る nn はすべて n≡1(mod6)n\equiv1\pmod6 または n≡5(mod6)n\equiv5\pmod6 を満たす。