2004 AIME I 第 8 题
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8.
定义一个正 角星为 条线段 、、、 的并集,并满足:
• 点 、、、 共面,且任意三点不共线;
• 每一条这 条线段都至少与另一条线段在非端点处相交;
• 在 、、、 处的所有角都全等;
• 这 条线段 、、、 都全等;并且
• 路径 在每个顶点都以小于 的角逆时针转向。
不存在正 角星、正 角星或正 角星。所有正 角星都相似,但有两个不相似的正 角星。有多少个不相似的正 角星?
Define a regular -pointed star to be the union of line segments such that
• the points are coplanar and no three of them are collinear,
• each of the line segments intersects at least one of the other line segments at a point other than an endpoint,
• all of the angles at are congruent,
• all of the line segments are congruent, and
• the path turns counterclockwise at an angle of less than at each vertex.
There are no regular -pointed, -pointed, or -pointed stars. All regular -pointed stars are similar, but there are two non-similar regular -pointed stars. How many non-similar regular -pointed stars are there?
小提示:
正 角星每隔 个点连接一次,这些点是圆上的 个等距点;其中 与 互质
A regular -pointed star joins every th of equally spaced points on a circle, where is relatively prime to
大提示:
排除 和 ,它们给出凸多边形,并注意 与 描出相似的星形
Exclude and which give a convex polygon, and note that and trace similar stars
解答:
全等的角和全等的线段迫使正星形的顶点等距地位于同一个圆上,并且按固定步长访问:将 个等距点编号为 ,每隔 个点连接一次。路径恰好访问全部 个点的条件是 ;而真正发生交叉(形成星形而非凸多边形)恰好在 时。步长 和 以相反方向描出同一图形,而除此之外不同的步长给出不相似的星形,因为若用伸缩变换匹配圆,就还必须匹配转角。
对于 ,这样的 满足 ,共有 个。去掉 和 后剩下 个值,它们按 成对,所以不相似的正 角星个数是 。
The congruent angles and congruent segments force the vertices of a regular star to be equally spaced on a circle, visited by taking a constant step: number equally spaced points and connect every th point. The path visits all points exactly when and the segments actually cross (making a star rather than a convex polygon) exactly when Steps and trace the same figure in opposite directions, while different values otherwise give non-similar stars, since a dilation matching the circles would have to match the turning angles.
For the number of with is Removing and leaves values, which pair up as so the number of non-similar regular -pointed stars is
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