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問題482・・・友人からのものです。
3以上の整数nを勝手に与える。このとき、平面上に次の条件を満たすようなn個の点が存在することを示せ。
" 任意の2点間の距離が無理数で、どの3点も必ず3角形をつくり、その面積が有理数である。"
解答
・わたしの
直感ですが、、、
√3 の格子を考えて、その格子点上に与えられたn 個の点を3点が直線にならないようにとれば。必ず三角形になる。しかも、どの2点間も
(m√3)^2+(p√3)^2=3*(m^2+p^2) だが、もし、3*(m^2+p^2) が有理数(この場合は整数)になるとしたら、3*(m^2+p^2)=z^2 になるはずだから、
z=3q ,3(m^2+p^2)=3^2*q^2,m^2+p^2=3zq^2
mod 3 では、m,p が同時に3の倍数のはずなので、m=3m',p=3p'
27(m'^2+p'^2)=3q^2,9(m'^2+p'^2)=q^2
q=3q' なので、
m'^2+p'^2=q'^2 を満たすものがあればよいが、
逆に、そうならないように点を配置すれば、2点間は無理数になれる。
格子点は無数にあり、そうならないものがあるはず。(この辺りちょっといい加減か・・・^^;)
しかも、√3*√3=3 なので、いずれの△も3の有理数倍の面積になるはず。
なぜなら、その3点を含む長方形(整数)からかどの3個の直角三角形(有理数)を引いたものだから。
ってな感じで言えてないのかなあ。。。^^;
・dobaさんに教えて頂きました。Orz〜(2007.5.17.)
3*(m^2+p^2)=z^2を仮定すると、
zは3の倍数→m,pは3の倍数→両辺を9で割ってもまた同じ形式の式→zを3で割ったものは3の倍数→m,pを3で割ったものは3の倍数→両辺をさらに9で割っても同じ形式の式→…
という議論が無限に続くことになり、z,m,pは何回でも3で割り切れるというありえない事態を招くことになります。
矛盾をきちんと言うには、最初でm,pの最大公約数を括り出して、互いに素なmとpに関する式にしておくと、どちらも3で割り切れることと互いに素であることの矛盾を言うだけで済みます。(ただし、mまたはpが0の場合は、例外として処理する必要があります。)
・友人からのもの
わたしが意訳したダイジェスト版です。。。
有理数点でできる三角形は、それを囲む長方形から有理数の△3個を引けば求まるので有理数。
2点間の距離は、(a,b),(c,d) とするとき、
√(a-b)^2+(c-d)^2 なので、√(a-b)^2+(a^2-b^2)^2=|a-b|√(1+(a+b)^2 が無理数になるってことを思いつけばよかったんですね。。。
つまり、(a1,a1^2),(a2,a2^2),・・・,(an,an^2) とすれば、いずれの3点を取っても条件を満たす△が存在する。
なるほどね♪
画像:いつものサイクリングコースで見かける可愛らしい家。♪ Orz〜
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