問題12979・・・やどかりさんのブログ
https://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/37679137.html#37679137 より Orz〜
図のように、182=324 個の等間隔に並んだ点があり、
上下または左右に隣り合う2点の距離を1とします。
このうちの3個の点を頂点とする直角二等辺三角形のうち、面積が1であるものは何個?
また、直角二等辺三角形は全部で何個?
解答
*↑[解答2]が追加されました☆
上記サイト参照願います〜m(_ _)m〜
・uch*n*anさんのもの Orz〜
n * n の全体の正方形を A,1辺が k 個の点からなり辺が A の辺に平行な正方形を S とします。
S が A に収まる場合は,S の辺上に頂点をもつ k-1 個の正方形 1 個に対して,
直角二等辺三角形が 4 個対応します。
S が A に収まらない場合は,先ほどの S 内の正方形 1 個に対して,,
直角二等辺三角形が 1 個又は 0 個対応します。
これは,S が A の辺に対して,縦方向だけ又は横方向だけ,上下左右4方向,にずれたときです。
それぞれの方向に 1 はみ出すと先ほどの S 内の正方形が 2 個減ります。
直角二等辺三角形の面積が 1 の場合は,S の面積が 4,k = 3,の場合で,
S が A に収まるのは 4 * (n-2) * (n-2) 個,収まらないのは 1 * (n-2) * 4 個,で,
合計 4(n-2)^2 + 4(n-2) = 4(n-1)(n-2) 個,です。
直角二等辺三角形全部の場合は,
S が A に収まるのは,
Σ[k=1,n]{4(k-1)(n-k+1)^2} = 4 * Σ[k=1,n]{n^2(k-1) - 2n(k-1)^2 + (k-1)^3} = n^2(n^2 - 1)/3 個。
収まらないのは,S 内の正方形が 2 個ずつ減ることより,n = 2m,n = 2m+1,に場合分けします。
n = 2m の場合,
S が A からはみ出すのと,S も k を 2k-1 と 2k とに分けて置き換えて,
4 * Σ[k=1,m]{(Σ[i=1,k-1]{2i-1} * (2m-(2k-1)+1) + Σ[i=1,k]{2(i-1)} * (2m-2k+1)}
= 4 * Σ[k=1,m]{(k-1)^2 * 2(m-(k-1)) + k(k-1) * (2m-2(k-2)-3)}
= 4 * Σ[k=1,m]{2m(k-1)^2 - 2(k-1)^3 + 2mk(k-1) - 2k(k-1)(k-2) - 3k(k-1)}
= 4(m^2(m-1)(2m-1)/3 - m^2(m-1)^2/2 + 2m(m+1)m(m-1)/3 - (m+1)m(m-1)(m-2)/2 - (m+1)m(m-1))
= 4(m^2(m-1)(m+1)/6 + m^2(m+1)(m-1)/6)
= 4m^2(m-1)(m+1)/3
= n^2(n^2 - 4)/12
合計 n^2(n^2 - 1)/3 + n^2(n^2 - 4)/12 = n^2(5n^2 - 8)/12 = (5n^4 - 8n^2)/12 個。
n = 2m+1 の場合,
S が A からはみ出すのと,S も k を 2k+1 と 2k とに分けて置き換えて,
4 * Σ[k=1,m]{(Σ[i=1,k]{2i-1} * (2m+1-(2k+1)+1) + Σ[i=1,k]{2(i-1)}) * (2m+1-2k+1)}
= 4 * Σ[k=1,m]{k^2 * (2m+1-2k) + k(k-1) * (2m-2-2(k-2))}
= 4 * Σ[k=1,m]{(2m+1)k^2 - 2k^3 + 2(m-1)k(k-1) - 2k(k-1)(k-2)}
= 4(m(m+1)(2m+1)^2/6 - m^2(m+1)^2/2 + 2(m-1)(m+1)m(m-1)/3 - (m+1)m(m-1)(m-2)/2)
= 4(m(m+1)(m^2 + m + 1)/6 + (m+1)m(m-1)(m+2)/6)
= 2m(m+1)(2m^2 + 2m - 1)/3
= (n^2 - 1)(n^2 - 3)/12
合計 n^2(n^2 - 1)/3 + (n^2 - 1)(n^2 - 3)/12 = (n^2 - 1)(5n^2 - 3)/12 = (5n^4 - 8n^2 + 3)/12 個。
以上より,
面積が 1 は 4(n-1)(n-2) 個,総数は [(5n^4 - 8n^2 + 3)/12] = [(n^2 - 1)(5n^2 - 3)/12] 個,
と書けます。
*いやぁ〜根気のいる問題ね ^^;
わたしゃ…途中で全部数えてないことに気づけましたが…
気が遠くなり断念 ^^;;
面積1の直角二等辺△の個数
=16^2*4+4*16=1024+4*16=1088個
*わたしにゃ...ここまでで十分ダス…^^;v
すべての直角に等辺△は…
垂直な正方形で…
{(17^2+16^2+…+1^1)+2*(1+2+…+8)}*4
=(17*18*35/6+8*9)*4=7428
斜めの正方形で…
(16*15+15*14+…+2*1)*4*2
=(Σ[k=1〜15] k(k+1))*8
=(15*16*31/6+15*16/2)*8
=10880
so…
合計=7428+10880=18308個
これでは…2/3,2/5,2/7, とか 3/4,3/5,3/7 とかがカウントされてないのでしたが…
この方法は無謀すぎね…Orz...