Под целыми точками мы будем понимать точки (x, y) координатной
плоскости с целочисленными координатами x и y. Спрашивается, как
подсчитать число целых точек, лежащих внутри данной плоской области?
Пример 23.Сколько целых точек расположено на сторонах и внутри
треугольника, образованного прямыми y = 2/3x-1/2, x = 10 и осью абсцисс?
Решение
Найдём значения функции y = 2/3x-1/2 при целых x = 1, 2, . . ., 10
(заметим, что у = 0 при x = 3/4); получим ординаты 1/6, 5/6, 3/2, 13/6, 17/6, 7/2,
25/6, 29/6, 11/2, 37/6. Легко подсчитать, что общее число целых точек, лежащих
в данном треугольнике (учитывая точки на границе), равно сумме целых
частей этих ординат плюс десять точек, лежащих на оси абсцисс:
Таким образом, внутри данного треугольника лежат 37 целых точек.
Пример 24.Доказать тождество
й к
л
qp
щ ъ
ы
+
й к
л
2qp
щ ъ
ы
+
й к
л
3qp
щ ъ
ы
+ . . . +
й к
л
(p-1)qp
щ ъ
ы
=
(p-1)(q-1)
2
;
(p и q - взаимно простые натуральные числа).
Решение
Рассмотрим прямоугольник с вершинами O = (0; 0), A = (p; 0), B = (p;
q), C = (0; q). Отметим внутри прямоугольника все целые точки (x,
y): 1 Ј x Ј p-1, 1 Ј y Ј q-1. Число этих точек равно произведению
(p-1)(q-1).
Проведём диагональ OB нашего прямоугольника; её
уравнение -
y = q/px. Так как p и q
взаимно просты, а x = 1, 2, . . ., p-1, то числа
q/px - не целые, т.е. на диагонали
OB нет целых точек, и таким
образом в треугольнике, лежащем под диагональю OB, будет
((p-1) (q-1))/ 2 целых точек. С другой стороны, способом,
описанным в предыдущем
примере, получаем, что число этих точек равно сумме
[(q·1)/( p)]+ [(q·2)/( p)]+. . .
+[(q·(p-1))/( p)], и,
значит, нужное тождество доказано.
Пример 25.Пусть в интервале Q Ј
x Ј R функция f(x)
непрерывна и неотрицательна. Доказать, что
е Q Ј
x Ј R [f(x)]
выражает число целых точек плоской области: Q Ј
x ЈR, 0 < y Ј f(x).
Решение
На любой ординате y0 кривой y = f(x)с абсциссой x лежит [f(x)] целых
точек данной области. Тогда во всей области содержится
еQ Ј x Ј R[f(x)] целых точек.