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番外 · 题谱 · 2018 · P4

2018 APMO 第 4 题

几何 · P1/P4 · 起手题

题面据 APMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

APMO 2018 P4 geometry

Let ABCA B C be an equilateral triangle. From the vertex AA we draw a ray towards the interior of the triangle such that the ray reaches one of the sides of the triangle. When the ray reaches a side, it then bounces off following the law of reflection, that is, if it arrives with a directed angle α\alpha, it leaves with a directed angle 180α180^{\circ}-\alpha. After nn bounces, the ray returns to AA without ever landing on any of the other two vertices. Find all possible values of nn.

Answer: All n1,5mod6n \equiv 1,5 \bmod 6 with the exception of 5 and 17

ABCA B C 为等边三角形。我们从顶点 AA 向三角形内部绘制一条射线,使得射线到达三角形的一条边。当光线到达一侧时,它会按照反射定律反弹,也就是说,如果它以定向角 α\alpha 到达,那么它会以定向角 180α180^{\circ}-\alpha 离开。在 nn 反弹后,光线返回到 AA,而不会落在任何其他两个顶点上。找出 nn 的所有可能值。

答案:除了 5 和 17 之外,所有 n1,5mod6n \equiv 1,5 \bmod 6

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2018 年 APMO P4 可先归入几何:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?