$x \geq 0$, $y \geq 0$, $x^2 + y^2 \leq 2025$, $x \geq 3y$ をすべて満たす整数の組$(x, y)$ の個数を求める問題です。

代数学不等式整数解領域数え上げ
2025/6/22

1. 問題の内容

x0x \geq 0, y0y \geq 0, x2+y22025x^2 + y^2 \leq 2025, x3yx \geq 3y をすべて満たす整数の組(x,y)(x, y) の個数を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、yy の値の範囲を絞り込みます。
x3yx \geq 3y より、 x29y2x^2 \geq 9y^2 です。
x2+y22025x^2 + y^2 \leq 2025 なので、9y2+y2x2+y220259y^2 + y^2 \leq x^2 + y^2 \leq 2025 となります。
したがって、10y2202510y^2 \leq 2025 より、y2202.5y^2 \leq 202.5 です。
yy は整数なので、y202.5y \leq \sqrt{202.5} です。 202.514.23\sqrt{202.5} \approx 14.23 なので、y14y \leq 14 となります。
y0y \geq 0 も考慮すると、yy00 から 1414 までの整数です。
次に、各 yy の値に対して、xx の取り得る範囲を求めます。
x3yx \geq 3y かつ x22025y2x^2 \leq 2025 - y^2 を満たす xx の個数を数えます。
yy は整数なので、xx も整数です。
x3yx \geq 3y より、xx3y3y 以上の整数です。
x22025y2x^2 \leq 2025 - y^2 より、x2025y2x \leq \sqrt{2025 - y^2} です。
したがって、3yx2025y23y \leq x \leq \sqrt{2025 - y^2} となります。
yy00 から 1414 まで変化させて、xx の個数を数えます。
y=0y=0 のとき、0x2025=450 \leq x \leq \sqrt{2025} = 45 なので、0x450 \leq x \leq 45 となり、 xx00 から 4545 までの整数なので、4646 個あります。
y=1y=1 のとき、3x20251=202444.983 \leq x \leq \sqrt{2025-1} = \sqrt{2024} \approx 44.98 なので、3x443 \leq x \leq 44 となり、xx4242 個あります。
y=2y=2 のとき、6x20254=202144.956 \leq x \leq \sqrt{2025-4} = \sqrt{2021} \approx 44.95 なので、6x446 \leq x \leq 44 となり、xx3939 個あります。
y=3y=3 のとき、9x20259=201644.899 \leq x \leq \sqrt{2025-9} = \sqrt{2016} \approx 44.89 なので、9x449 \leq x \leq 44 となり、xx3636 個あります。
y=4y=4 のとき、12x202516=200944.8212 \leq x \leq \sqrt{2025-16} = \sqrt{2009} \approx 44.82 なので、12x4412 \leq x \leq 44 となり、xx3333 個あります。
y=5y=5 のとき、15x202525=200044.7215 \leq x \leq \sqrt{2025-25} = \sqrt{2000} \approx 44.72 なので、15x4415 \leq x \leq 44 となり、xx3030 個あります。
y=6y=6 のとき、18x202536=198944.618 \leq x \leq \sqrt{2025-36} = \sqrt{1989} \approx 44.6 なので、18x4418 \leq x \leq 44 となり、xx2727 個あります。
y=7y=7 のとき、21x202549=197644.4521 \leq x \leq \sqrt{2025-49} = \sqrt{1976} \approx 44.45 なので、21x4421 \leq x \leq 44 となり、xx2424 個あります。
y=8y=8 のとき、24x202564=196144.2824 \leq x \leq \sqrt{2025-64} = \sqrt{1961} \approx 44.28 なので、24x4424 \leq x \leq 44 となり、xx2121 個あります。
y=9y=9 のとき、27x202581=194444.0927 \leq x \leq \sqrt{2025-81} = \sqrt{1944} \approx 44.09 なので、27x4427 \leq x \leq 44 となり、xx1818 個あります。
y=10y=10 のとき、30x2025100=192543.8730 \leq x \leq \sqrt{2025-100} = \sqrt{1925} \approx 43.87 なので、30x4330 \leq x \leq 43 となり、xx1414 個あります。
y=11y=11 のとき、33x2025121=190443.6333 \leq x \leq \sqrt{2025-121} = \sqrt{1904} \approx 43.63 なので、33x4333 \leq x \leq 43 となり、xx1111 個あります。
y=12y=12 のとき、36x2025144=188143.3736 \leq x \leq \sqrt{2025-144} = \sqrt{1881} \approx 43.37 なので、36x4336 \leq x \leq 43 となり、xx88 個あります。
y=13y=13 のとき、39x2025169=185643.0839 \leq x \leq \sqrt{2025-169} = \sqrt{1856} \approx 43.08 なので、39x4339 \leq x \leq 43 となり、xx55 個あります。
y=14y=14 のとき、42x2025196=182942.7642 \leq x \leq \sqrt{2025-196} = \sqrt{1829} \approx 42.76 なので、42x4242 \leq x \leq 42 となり、xx11 個あります。
合計は、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組

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