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第2問

三角形 A1A2A3A_1A_2A_3 の平面上に点 P0P_0 をとり、すべての s≥4s\ge4 について As=As−3A_s=A_{s-3} と定める。Pk+1P_{k+1} が Ak+1A_{k+1} を中心とする時計回り 120∘120^\circ の回転による PkP_k の像となるように点列 P1,P2,…P_1,P_2,\ldots を作る。P1986=P0P_{1986}=P_0 ならば、三角形 A1A2A3A_1A_2A_3 が正三角形であることを証明せよ。
ステップ 2/5: 三回転を一つに合成する
ざっくり言うと

同じ三つの中心が三段ごとに繰り返されるので、一つの三回転ブロックが全列を決める。

P⟼ω(ω(ωP−1)+1−a)+aP\longmapsto\omega\bigl(\omega(\omega P-1)+1-a\bigr)+a
詳しい解説

中心 00、11、aa の回転を順に適用すると P↦ω(ω(ωP−1)+1−a)+aP\mapsto\omega(\omega(\omega P-1)+1-a)+a となる。ω3=1\omega^3=1 より、これは P↦P−i3−aω+aP\mapsto P-i\sqrt3-a\omega+a に簡約される(ω=e4iπ/3\omega=e^{4i\pi/3})。