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第3問

平面上の点 OO と AA を固定し、平面の各点を有限個の色のいずれかで塗る。点 XX に対し、C(X)C(X) を中心 OO、半径 OX+∠AOXOXOX+\frac{\angle AOX}{OX} の円とする。ただし ∠AOX\angle AOX はラジアンで [0,2π)\left[0,2\pi\right) の範囲で測る。OAOA 上にない点 XX で、XX の色が円 C(X)C(X) の円周上にも現れるものが存在することを示せ。
ステップ 6/6: すべての色を使い切る
ざっくり言うと

有限個の色から無限に新しい禁止色を生むことはできない。この矛盾が求める一致点を強制する。

c1,…,cn all forbidden on one infinite family of circles ⇒ contradictionc_1,\ldots,c_n\text{ all forbidden on one infinite family of circles}\ \Rightarrow\ \text{contradiction}
詳しい解説

利用可能な色が nn 個なら、n 段階後の帰納法は、残った無限族のある円上で nn 色のいずれも現れないことを示す。しかし平面の各点は必ずその n 色の一つを持つので矛盾である。よって仮定は誤りで、求める OA 外の点が存在する。