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!