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 xy平面上に図のような一辺の長さが2の正三角形がある。原点から球を辺ABに向かって打つビリヤ−ドを考える。ただし、球は直線的に進み、各辺で光の反射と同じように、はねかえるものとし、頂点に達したとき止まるものとする。また、球の大きさは無視し、点にすぎないものと考える。
 最初に当たった辺AB上の点をLとし、∠LOA=θとおく。

(1)Oから辺ABに達し、さらに辺BCで反射し、3回目でOに戻るとき、角θを求めよ。

(2)辺ABで反射し、1回目で頂点Cで止まるとき、tanθの値を求めよ。

(3)Oから各辺で2回反射し、ある頂点で止まるとき、tanθの値を求めよ。

(4)Oから各辺で5回反射し、ある頂点で止まるとき、経路が最も長くなる場合は、どの頂点に達するときで、その経路の長さはいくらか。

(5)Oから各辺で偶数回反射し、ある頂点に達する経路は、ただ1つであることを説明せよ。


反射を考えるときは、反射する線または面に関して対称に折り返した図形を利用すると良い。

(1)反射する線に関して対称移動する。
  OO'/ / AC'だから θ=60°

2)A(1,0),B(0,),C'(2,)だから

(3)2回反射して頂点に達するのは、OA'の経路に限る。
  A'(1,2,)だから 

(4)5回反射して頂点に達するのは、図の3経路ある。
  A'''(4,3),C'''(5,2),B'''(6,)
だから、経路が最も長いのは、頂点Aに達する時で、長さは、

(5)(4)の図において、
  △ABCの内部の点は、反射しないで達し得る。
  △ABC'の内部の点は、反射1回で達し得る。
  △A'BC',△AB'C'の内部の点は、反射2回で達し得る。
 今、偶数回反射して達し得る三角形内部の点の領域に斜線を施すと、△ABCから始まり、互にうろこ模様を作る。
 辺CBの延長上にある頂点以外は、奇数回反射して達する頂点からなるので、偶数回反射して到着する頂点は、A',C'',B''',・・・の順にあり、A'は2回、C''は4回、B'''は6回反射というように、2回ずつ反射が増えていく。

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