$x \ge 0$, $y \ge 0$, $x^2 + y^2 \le 2025$, $x \ge 3y$ を満たす整数の組 $(x, y)$ の個数を求める問題です。

代数学不等式整数の組領域数え上げ
2025/8/12

1. 問題の内容

x0x \ge 0, y0y \ge 0, x2+y22025x^2 + y^2 \le 2025, x3yx \ge 3y を満たす整数の組 (x,y)(x, y) の個数を求める問題です。

2. 解き方の手順

与えられた条件から、xxyy は非負の整数であり、x2+y22025x^2 + y^2 \le 2025 かつ x3yx \ge 3y を満たす必要があります。
まず、yy の値を固定して、xx の取りうる値を考えます。
x3yx \ge 3y より、yx/3y \le x/3 です。 また、x2x2+y22025x^2 \le x^2 + y^2 \le 2025 なので、x2025=45x \le \sqrt{2025} = 45 です。
y=0y = 0 のとき、x22025x^2 \le 2025 かつ x0x \ge 0 なので、0x450 \le x \le 45。よって、xx は 46 個の整数値を取れます。
y=1y = 1 のとき、x2+12025x^2 + 1 \le 2025 かつ x3x \ge 3 なので、x22024x^2 \le 2024x202444.98x \le \sqrt{2024} \approx 44.98 より、3x443 \le x \le 44。よって、xx443+1=4244 - 3 + 1 = 42 個の整数値を取れます。
y=2y = 2 のとき、x2+42025x^2 + 4 \le 2025 かつ x6x \ge 6 なので、x22021x^2 \le 2021x202144.95x \le \sqrt{2021} \approx 44.95 より、6x446 \le x \le 44。よって、xx446+1=3944 - 6 + 1 = 39 個の整数値を取れます。
y=3y = 3 のとき、x2+92025x^2 + 9 \le 2025 かつ x9x \ge 9 なので、x22016x^2 \le 2016x201644.89x \le \sqrt{2016} \approx 44.89 より、9x449 \le x \le 44。よって、xx449+1=3644 - 9 + 1 = 36 個の整数値を取れます。
y=4y = 4 のとき、x2+162025x^2 + 16 \le 2025 かつ x12x \ge 12 なので、x22009x^2 \le 2009x200944.82x \le \sqrt{2009} \approx 44.82 より、12x4412 \le x \le 44。よって、xx4412+1=3344 - 12 + 1 = 33 個の整数値を取れます。
y=5y = 5 のとき、x2+252025x^2 + 25 \le 2025 かつ x15x \ge 15 なので、x22000x^2 \le 2000x200044.72x \le \sqrt{2000} \approx 44.72 より、15x4415 \le x \le 44。よって、xx4415+1=3044 - 15 + 1 = 30 個の整数値を取れます。
y=6y = 6 のとき、x2+362025x^2 + 36 \le 2025 かつ x18x \ge 18 なので、x21989x^2 \le 1989x198944.60x \le \sqrt{1989} \approx 44.60 より、18x4418 \le x \le 44。よって、xx4418+1=2744 - 18 + 1 = 27 個の整数値を取れます。
y=7y = 7 のとき、x2+492025x^2 + 49 \le 2025 かつ x21x \ge 21 なので、x21976x^2 \le 1976x197644.45x \le \sqrt{1976} \approx 44.45 より、21x4421 \le x \le 44。よって、xx4421+1=2444 - 21 + 1 = 24 個の整数値を取れます。
y=8y = 8 のとき、x2+642025x^2 + 64 \le 2025 かつ x24x \ge 24 なので、x21961x^2 \le 1961x196144.28x \le \sqrt{1961} \approx 44.28 より、24x4424 \le x \le 44。よって、xx4424+1=2144 - 24 + 1 = 21 個の整数値を取れます。
y=9y = 9 のとき、x2+812025x^2 + 81 \le 2025 かつ x27x \ge 27 なので、x21944x^2 \le 1944x194444.09x \le \sqrt{1944} \approx 44.09 より、27x4427 \le x \le 44。よって、xx4427+1=1844 - 27 + 1 = 18 個の整数値を取れます。
y=10y = 10 のとき、x2+1002025x^2 + 100 \le 2025 かつ x30x \ge 30 なので、x21925x^2 \le 1925x192543.87x \le \sqrt{1925} \approx 43.87 より、30x4330 \le x \le 43。よって、xx4330+1=1443 - 30 + 1 = 14 個の整数値を取れます。
y=11y = 11 のとき、x2+1212025x^2 + 121 \le 2025 かつ x33x \ge 33 なので、x21904x^2 \le 1904x190443.63x \le \sqrt{1904} \approx 43.63 より、33x4333 \le x \le 43。よって、xx4333+1=1143 - 33 + 1 = 11 個の整数値を取れます。
y=12y = 12 のとき、x2+1442025x^2 + 144 \le 2025 かつ x36x \ge 36 なので、x21881x^2 \le 1881x188143.37x \le \sqrt{1881} \approx 43.37 より、36x4336 \le x \le 43。よって、xx4336+1=843 - 36 + 1 = 8 個の整数値を取れます。
y=13y = 13 のとき、x2+1692025x^2 + 169 \le 2025 かつ x39x \ge 39 なので、x21856x^2 \le 1856x185643.08x \le \sqrt{1856} \approx 43.08 より、39x4339 \le x \le 43。よって、xx4339+1=543 - 39 + 1 = 5 個の整数値を取れます。
y=14y = 14 のとき、x2+1962025x^2 + 196 \le 2025 かつ x42x \ge 42 なので、x21829x^2 \le 1829x182942.77x \le \sqrt{1829} \approx 42.77 より、42x4242 \le x \le 42。よって、xx4242+1=142 - 42 + 1 = 1 個の整数値を取れます。
y=15y = 15 のとき、x45x \ge 45x2+2252025x^2 + 225 \le 2025 なので、x21800x^2 \le 1800, x180042.43x \le \sqrt{1800} \approx 42.43を満たすので、条件を満たすxxは存在しません。
したがって、求める整数の組の個数は、
46+42+39+36+33+30+27+24+21+18+14+11+8+5+1=35546 + 42 + 39 + 36 + 33 + 30 + 27 + 24 + 21 + 18 + 14 + 11 + 8 + 5 + 1 = 355 個です。

3. 最終的な答え

355

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