In an equiangular hexagon, all interior angles measure . An example of such a hexagon with side lengths of 2, 3, 1, 3, 2, and 2 is shown below, inscribed in equilateral triangle ABC. Consider all equiangular hexagons with positive integer side lengths that can be inscribed in , with all six vertices on the sides of the triangle. What is the total number of such hexagons? Hexagons that differ only by a rotation or a reflection are considered the same.A. 6B. 7C. 8D. 9E. 10
A. 6
B. 7
C. 8
D. 9
E. 10
Worked solution
1. 确定等边三角形 $ABC$ 的边长及六边形边长的代数关系
等角六边形的各内角均为 。当其内接于等边三角形 时,六边形在 的三个顶角处各截出一个小等边三角形。
设这三个角顶小等边三角形的边长分别为 ,六边形位于 三条边上的边长分别为 (按顺时针/逆时针顺序依次为 )。
根据已知样例(边长为 2, 3, 1, 3, 2, 2),等边三角形 的边长为 。
因此,任何满足条件的六边形边长 均须满足:
2. 推导 $x_1, x_3, x_5$ 的约束条件并消元
由于 ,由上述方程可得:
因此,只要确定满足两两之和不超过 5 的正整数三元组 ,即可唯一确定整组边长序列 。
3. 按多重集分类穷举所有不旋转/翻转重合的六边形
旋转或翻转后重合的六边形视为同一种,即对应六边形边长序列在二面体群 作用下的等价类。我们按三元组 的多重集进行分类讨论:
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 ;
- 多重集 :取 ,得边长序列 。
4. 检验各解的互异性并得出结论
统计这 8 种情况对应的六边形边长多重集(六条边的无序集合):
这 8 个多重集互不相同,说明这 8 种六边形两两不全等(无法通过旋转或翻转重合)。
因此,满足条件的六边形共有 8 个,选项为 C。
Answer
C
AI analysis — may contain mistakes.
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