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第5题

Larry 和 Rob 是乘一辆车从 Argovia 前往 Zillis 的两个机器人。两者都能控制方向盘并按如下算法驾驶:Larry 从出发起每行驶 ℓ\ell 千米左转 90°;Rob 每行驶 rr 千米右转 90°,其中 ℓ\ell 和 rr 是互素正整数。若两次转弯同时发生,车辆继续行驶而不改变方向。设地面平坦且车辆可向任意方向行驶。车辆从 Argovia 出发时朝向 Zillis。对于哪些数对 (ℓ,r)(\ell,r),无论两地相距多远,车辆都必定到达 Zillis?
第 3/6 步:用复数表示一段
mk=i⌊k/ℓ⌋(−i)⌊k/r⌋,0≤k<ℓrm_k=i^{\lfloor k/\ell\rfloor}(-i)^{\lfloor k/r\rfloor},\quad 0\le k<\ell r
详细分析

现在设 ℓ≡r(mod4)\ell\equiv r\pmod4。用 1,i,−1,−i1,i,-1,-i 分别表示东、北、西、南。令 mkm_k 表示一段中第 (k+1)(k+1) 千米的方向。当 ℓ≡r≡1(mod4)\ell\equiv r\equiv1\pmod4 时,令 aka_k、bkb_k 分别为 kk 模 ℓ\ell、模 rr 的余数,则 mk=(−i)akibkm_k=(-i)^{a_k}i^{b_k};当 ℓ≡r≡3(mod4)\ell\equiv r\equiv3\pmod4 时,类似地 mk=iak(−i)bkm_k=i^{a_k}(-i)^{b_k}。