Non so quanto sia comprensibile, in effetti gia' comprendere la soluzione per $k=3$ non e' banale, figurarsi per le dimensioni superiori. Ci sarebbe altro da spiegare...
Lascio un link alla soluzione $k=3$ con un modello 3D interattivo.
https://www.geogebra.org/calculator/zxyxvv6mPrima di tutto bisogna mostrare un processo costruttivo (o induttivo) per generare i segmenti nella dimensione $k+1$ a partire dalla dimensione $k$.
Vi sono $2$ classi di segmenti nella dimensione $k>1$: nella prima classe c'e' solo il segmento omogeneo (SO) di estremi $(0, 0, ..., 0)- (3, 3, ...., 3)$ nella seconda classe ci sono tutti gli altri segmenti.
Questa distinzione nasce dal fatto che il SO della della prima classe NON fa parte di un triangolo assieme ad altri segmenti e quindi quando si percorre la spezzata va percorso per primo (o per ultimo).
Nella seconda classe invece ogni segmento fa parte di un triangolo di cui uno dei vertici e' $(0,0, ..., 0)$ e quando si percorre la spezzata il triangolo viene percorso partendo dall'origine $(0,0,..., 0)$, e ritornando all'origine, come se fosse un loop.
L'unica eccezione e' se si parte da un certo triangolo, in questo caso il triangolo non viene percorso interamente.
Torniamo al passaggio dalla dimensione $k$ alla $k+1$.
Nel passaggio dalla dimensione $k$ alla $k+1$, in cui la dimensione aggiunta e' l'ultima, il segmento della prima classe genera:
- un triangolo, ovvero 3 segmenti a triangolo di coordinate $(0,0,..., 0)-(3, 0,..., 0)-(3, 3, ..., 3, 0)$,
- un altro segmento omogeneo di estremi $(0, 0, ..., 0) - (3, 3, ...., 3)$
Ogni segmento della seconda classe fa parte di un triangolo. Con un triangolo i cui vertici hanno coordinate generiche $A-B-C$, il triangolo genera $3$ triangoli i cui vertici hanno coordinate
$(A, 3)-(B,0)- (C,0)$
$(A, 0)-(B,3)- (C,0)$
$(A, 0)-(B,0)- (C,3)$
Volendo fare una veloce verifica che il numero di segmenti rimanga $(3^k-1)/2$:
il SO genera un triangolo, ovvero 3 segmenti, piu' un altro SO.
ogni altro segmento (triangolo) viene triplicato.
Nella formula, $(3^k-1)/2$
diventa $3(3^k-1)/2+1 = (3^(k+1)-1)/2$
Adesso consideriamo il punto di partenza della spezzata e mostriamo che si puo' partire da ogni punto tranne il punto $(1,1,...,1)$.
Dobbiamo distinguere $3$ classi di punti (che non hanno nulla in comune con quelle descritte prima):
a) i punti che contengono una o piu' coordinate uguali a $1$, ma non tutte uguali a $1$, ad es il punto $(2,1,1, 0,...)$
b) il punto di coordinate $(1,1,...,1)$
c) i punti che non contengono la coordinata $1$.
Se si parte da un punto di tipo c), per ogni coordinata di valore $0$ si applica una simmetria rispetto all'iperpiano $x_d = 1$, dove $d$ e' la coordinata di valore $0$. Il risultato e' che il punto diventa di coordinate $(2,2,...,2)$.
In questo modo la spezzata viene percorsa partendo da questo punto, che e' il punto di partenza del SO.
Se si parte da un punto di tipo a), per ogni coordinata di valore $2$ si applica una simmetria rispetto all'iperpiano $x_d = 1$, dove $d$ e' la coordinata di valore $2$. Il risultato e' che il punto diventa privo di coordinate di valore $2$.
ll punto in questione diventa cosi' raggiungibile dall'origine. In questo caso la spezzata viene percorsa partendo ovviamente dal punto in questione, percorrendo il triangolo a cui il punto appartiene e finendo nell'origine. Quindi si percorrono tutti gli altri triangoli, tornando ogni volta all'origine, e infine si percorre il SO, finendo nel punto $(3,3,..., 3)$.
Bisogna precisare che in ogni dimensione $k>2$ esiste un triangolo che non ha un vertice nell'origine.
Infine il punto $(1,1,...,1)$.
Questo punto e' problematico perche' rimane invariato applicando una o piu' simmetrie rispetto all'perpiano $x_d =1$, come era stato fatto prima. E questo punto si puo' percorrere solo tramite il SO. Pero' per percorrere tutti i punti del SO bisogna prima percorrere un primo tratto da $(1,1,...,1)$ a $(2,2,...,2)$, e poi percorrere normalmente tutta la spezzata. Questo fa in modo che il numero di tratti di spezzata da percorrere sia $(3^k+1)/2$ invece di $(3^k-1)/2$ come per tutti gli altri punti.