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第2题

设 SS 是平面上至少含两个点的有限集合,且 SS 中任何三点都不共线。所谓风车,是从过某一点 P∈SP\in S 的一条直线开始的过程:直线绕枢轴 PP 顺时针旋转,直到第一次与 SS 中另一个点相遇为止。这个点 QQ 接替成为新的枢轴,直线又绕 QQ 顺时针旋转,直到下一次与 SS 中的点相遇。这个过程无限地进行下去。证明可以选取 SS 中的一点 PP 以及过 PP 的一条直线,使得由此得到的风车让 SS 中每一个点都无穷多次成为枢轴。
第 5/6 步:每个方向至多只有一条平衡直线
通俗地说

沿固定的常规方向扫过所有点时,右侧点数每次恰好减少一个,因此在这次扫描中只有恰好一个顶点能成为平衡枢轴。

⌊n−12⌋\left\lfloor\frac{n-1}{2}\right\rfloor
详细分析

固定一个常规方向 δ\delta,让方向为 δ\delta 的直线在平面上平移扫过;由于 δ\delta 是常规方向,扫描过程中不会有两个顶点位置重合,因此每当扫描直线经过一个顶点时,右侧顶点数恰好减少 11。于是恰好只有一个顶点使得经过它时该数值等于 ⌊n−12⌋\left\lfloor\frac{n-1}{2}\right\rfloor,故方向为 δ\delta 的平衡直线至多只有一条。