■離散体積の問題(その4)

 (その3)は円と直角双曲線の格子点の数え上げ問題であったが,少し補足しておきたい.

===================================

[1]円の格子点

 領域x^2+y^2≦r^2に含まれる格子点の数をTとすると

  T=1+4[r]+8Σ[√(r^2−x^2)]−4[r/√2]

(証)

 T1:x=0,0<y≦r

 T2:0<x≦r/√2,0<y≦√(r^2−x^2)

 T3:0<y≦r/√2,0<x≦√(r^2−y^2)

 T4:0<x≦r/√2,0<y≦r/√2

とすると,求める数はT=1+4(T1+T2+T3−T4)

[2]直角双曲線の格子点

 領域xy≦nに含まれる格子点の数をTとすると

  T=2Σ[n/x]−[n]^2

(証)

 T1:0<x≦√n,0<y≦n/x

 T2:0<y≦√n,0<x≦n/y

 T3:0<x≦√n,0<y≦√n

とすると,求める数はT=T1+T2−T3

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

[3]円の格子点

 領域x^2+y^2≦r^2に含まれる互いに素な座標をもつ格子点(x,y)の個数をTとすると

  T=6r^2/π^2+O(rlogr)

[4]球の格子点

 領域x^2+y^2+z^2≦r^2に含まれる互いに素な座標をもつ格子点(x,y,z)の個数をTとすると

  T=4πr^3/3ζ(3)+O(r^2)

===================================