MathLabs

第4题

设 ABCABC 为等边三角形。从顶点 AA 向三角形内部引一条射线,使其到达三角形的一条边。射线到达一边时按反射定律弹回,即若以有向角 θ\theta 到达,则以有向角 180∘−θ180^\circ-\theta 离开。经过 nn 次反弹后,该射线回到 AA,且始终未落在另外两个顶点中的任何一个上。求 nn 的所有可能取值。
第 4/7 步:n永远不是三的倍数
a≡b(mod3), gcd⁡(a,b)=1 ⟹ 3∤na\equiv b\pmod3,\ \gcd(a,b)=1 \ \Longrightarrow\ 3\nmid n
详细分析

若 3∣n=2(a+b)−33\mid n=2(a+b)-3,则 3∣(a+b)3\mid(a+b)。结合 a≡b(mod3)a\equiv b\pmod3 得 2a≡a+b≡0(mod3)2a\equiv a+b\equiv0\pmod3,故 3∣a3\mid a,进而也有 3∣b3\mid b;但这样 33 就整除 gcd⁡(a,b)=1\gcd(a,b)=1,矛盾。故 3∤n3\nmid n。