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 6/7 步:显式数对可实现几乎所有这样的n
(a,b)=(1,3k+1)⇒n=6k+1;(a,b)=(3k−1,3k+2)⇒n=12k−1(a,b)=(1,3k+1)\Rightarrow n=6k+1;\qquad (a,b)=(3k-1,3k+2)\Rightarrow n=12k-1
详细分析

数对 (1,3k+1)(1,3k+1)(k≥0k\ge0)始终满足 gcd⁡=1\gcd=1 且 1≡3k+1(mod3)1\equiv3k+1\pmod3,可给出所有 k≥0k\ge0 时的 n=6k+1n=6k+1。数对 (3k−1,3k+2)(3k-1,3k+2)(k≥1k\ge1)满足 gcd⁡(3k−1,3k+2)=gcd⁡(3k−1,3)=1\gcd(3k-1,3k+2)=\gcd(3k-1,3)=1 且模 33 余数一致,可给出所有 k≥1k\ge1 时的 n=12k−1≡11(mod12)n=12k-1\equiv11\pmod{12}。对于剩下的余数 n≡5(mod12)n\equiv5\pmod{12}(n≥29n\ge29),数对 (3k−1,3k+5)(3k-1,3k+5)(当 kk 为偶数时)与 (3k−4,3k+8)(3k-4,3k+8)(当 kk 为奇数时),k≥2k\ge2,互素且模 33 余数一致,给出 n=12k+5n=12k+5。