条件を満たす格子点の個数(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 条件を満たす格子点の個数(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$n$ を自然数とする.連立不等式 $x\geqq 0$,$y\geqq x^2$,$y\leqq n^2$ の表す領域に含まれる格子点の個数を求めよ.
放物線 $y=x^2$ と直線 $y=n^2$ は $x\geqq 0$ で点 $(n,\ n^2)$ で交わるから,領域の $x$ の範囲は $0\leqq x\leqq n$(下図は $n=3$ の場合).
直線 $x=k$($k=0,\ 1,\ \cdots,\ n$)上の格子点は,$k^2\leqq y\leqq n^2$ を満たす整数 $y$ の個数で $n^2-k^2+1$ 個.これを $k=0,\ 1,\ \cdots,\ n$ の $n+1$ 個について加える.$\displaystyle\sum_{k=0}^{n}k^2=\sum_{k=1}^{n}k^2$ であるから
\begin{align*}
\sum_{k=0}^{n}(n^2-k^2+1)&=(n^2+1)(n+1)-\frac{1}{6}n(n+1)(2n+1)\\
&=\frac{1}{6}(n+1)\{6n^2+6-n(2n+1)\}=\frac{1}{6}(n+1)(4n^2-n+6)
\end{align*}
($n=3$ のとき $10+9+6+1=26$)
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