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第5問

任意の自然数 mm に対し、平面上の有限集合 SS で、SS の各点 AA から距離1にある SS の点がちょうど mm 個となるものが存在することを証明せよ。各点 AA はこの性質を満たす。
ステップ 3/6: すべての和を相異ならせる回転を選ぶ
a+eiθb≠c+eiθd((a,b)≠(c,d))a+e^{i\theta}b\ne c+e^{i\theta}d\quad((a,b)\ne(c,d))
詳しい解説

異なる組 (a,b),(c,d)(a,b),(c,d) の組は有限個しかない。各等式 a+eiθb=c+eiθda+e^{i\theta}b=c+e^{i\theta}d は(同一の組でない限り)高々有限個の θ\theta を排除する。その有限集合の外から θ\theta を選べば、UU はちょうど ∣S∣∣T∣|S||T| 個の相異なる点をもつ。