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第4题

平面上是否存在一个无限点集,使任意三点不共线且任意两点间的距离都是有理数?
第 4/4 步:验证互异性、有理距离与不共线性
PmPn=2∣sin⁡((m−n)θ)∣∈QP_mP_n=2|\sin((m-n)\theta)|\in\mathbb Q
详细分析

弦长公式给出 PmPn=2∣sin⁡((m−n)θ)∣P_mP_n=2|\sin((m-n)\theta)|,它是有理数。若 Pm=PnP_m=P_n,则 (m−n)θ(m-n)\theta 是 π\pi 的整数倍,这与前面证明的非零性矛盾,除非 m=nm=n。因此点集无限且各点互异。所有点都在同一圆上,而直线与圆至多有两个交点,所以任意三点不共线。