・計算機では反応してくれない               GAI 氏

 Σk=1〜n2 ([k2/n2]+[n√k])  (ただし、[x]はxを越えない最大の整数とする。)

は、 数値を具体的に指定すれば計算できますが、一般に、nの式ではどう表される?

 とりあえず、n=1〜19 について具体的に計算すると、

{1,2},{2,18},{3,84},{4,260},{5,630},{6,1302},{7,2408},{8,4104},{9,6570},{10,10010},{11,14652},{12,20748},
{13,28574},{14,38430},{15,50640},{16,65552},{17,83538},{18,104994},{19,130340},・・・


 DD++さんからのコメントです。(平成27年12月5日付け)

 y=x2/n2 (x≧0) と y=n√x が互いに逆関数で、0<x<n2 の範囲で、格子点を n-1 個通る

ことから、0≦x≦n2、0≦y≦n2 の範囲を格子に区切って考えると、

 Σk=1〜n2-1 ([k2/n2]+[n√k]) = (n2)2 - (2n2-1) + (n-1) = n4 - 2n2 + n

 よって、答えは、n4+n というわけですね、なるほど。


(コメント) 参考図
           

 DD++さんの計算は、

  (n2)2 - n2 - n2 + 1 + (n-1) + n2 + n2= n4 + n

と考えるのかな?

 冒頭の問題は、第10回 日本数学オリンピック予選問題(平成12年)で、

 k=1100 ( [k2/100]+[10√k] )

を求めよ。ただし、[x] は、x を超えない最大の整数のことである。


として出題されている。

 答えは、

 与式=∫0100 (x2/100+10√x)dx+(y=x2/100上の格子点の数)

    =1002+10=10010

 問題の意味が分かってしまえば、答えは、

  (1辺がn2の正方形の面積)+(y=x2/n2上の格子点の数)

 すなわち、 (n2)2+n=n4+n と求められるんですね!



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