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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 7/7 步:排除 n=5 与 n=17
n=5,17: only pairs are (2,2),(2,8),(5,5), none coprimen=5,17:\ \text{only pairs are}\ (2,2),(2,8),(5,5),\ \text{none coprime}
详细分析

对于 n=5n=5 与 n=17n=17(均满足 ≡5(mod12)\equiv5\pmod{12},低于第6步的阈值 n≥29n\ge29),直接检验所有满足 a≡b(mod3)a\equiv b\pmod3 且 2(a+b)−3∈{5,17}2(a+b)-3\in\{5,17\} 的数对 (a,b)(a,b),可知只有 (2,2)(2,2)、(2,8)(2,8)、(5,5)(5,5)(不计 a,ba,b 互换),且没有一个互素。因此 n=5n=5 与 n=17n=17 不可达,而其余所有 n≡1,5(mod6)n\equiv1,5\pmod6 都由第6步实现。故 nn 的所有可能取值恰为满足 n≡1(mod6)n\equiv1\pmod6 或 n≡5(mod6)n\equiv5\pmod6 的整数,但排除 n=5n=5 与 n=17n=17。