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(5).数え上げ

②-2次元平面の格子点を数える

  • 2つの整数の組(m,n)と自然数の対応付け
下図のように、対応付けを行う:
  
すなわち、
(0,0)\leftrightarrow 1,(1,0)\leftrightarrow 2,(1,1)\leftrightarrow 3,(0,1)\leftrightarrow 4,(-1,1)\leftrightarrow 5,\dots
とする。

例.(3,-3)は何番目?

 (0,0)1番目、正方形の右下の点で考えると、ちょうど2乗の位置にあるので、
 (1,-1)3\times 3=9番目。(2,-2)5\times 5=25番目。
 同様に、(3,-3)7\times 7=49番目。

この番号の数え方を「体系的」に考えてみましょう。
  • どの周回グループに属するか
まず、点(m,n)がどの周回グループに属するかを考えましょう。
すると、1週目の点を考えると、
(1,0),(1,1),(0,1),(-1,1),(-1,0),(-1,-1),(0,-1),(1,-1)
であり、2週目の点は、
(2,-1),(2,0),(2,1),(2,2),(1,2),(0,2),(-1,2),(-2,2)
(-2,-1),(-2,0),(-2,-1),(-2,-2),(-1,-2),(0,-2),(1,-2),(2,-2)
です。これらの点に共通する性質は何でしょうか?

分かりましたか?
そうです。「座標の値の絶対値の大きい方」が何周目かを与えています。
例えば、(3,-1)は3周目、(2,-4)は4周目にあります!
あとは、(1,-1)(2\times 1+1)^2=9番目、
(2,-2)(2\times 2+1)^2=25番目になることが分かれば、
(n,-n)(2\times n+1)^2番目になることが分かります。
以上の性質を使えば、数え上げは出来ます。

例題1、(5,-2)は何番目?

まず、(5,-2)は5周目であることが分かる。
(5,-5)(2\times5+1)^2=11^2=121番目になる。
点の動き方を考えると、(4,-4)\rightarrow(5,-4)であるので、
(4,-4)2\times4+1)^2=9^2=81番目になる。
よって、(5,-4)82番目。ここで、上にあがっていくので、(-2)-(-4)=2より、
82+2=84番目になる。

例題2、(-2,-3)は何番目?

(-2,-3)は3周目である。
(3,-3)(2\times3+1)^2=7^2=49番目になる。
(-2,-3)(3,-3)の左側にある点で、3-(-2)=3+2=5より、
49-5=44で、44番目になる。

例題3、(3,4)は何番目?

(3,4)は4周目である。
(3,-3)(2\times3+1)^2=7^2=49番目になる。
(4,-3)(3,-3)の右側にある点で、50番目になる。ここから上にあがり、
(4,4)は、4-(-3)=7だから、50+7=57番目になる。
そして、(3,4)(4,4)の次の点になるので、58番目である。

例題4、(-4,2)は何番目?

(3,4)は4周目である。
(3,-3)(2\times3+1)^2=7^2=49番目になる。
(4,-3)(3,-3)の右側にある点で、50番目になる。ここから上にあがり、
(4,4)は、4-(-3)=7だから、50+7=57番目になる。
(-4,4)は、4-(-4)=8だから、57+8=66番目である。
そして、(-4,2)(-4,4)の次の次の点になるので、68番目である。

例題5、(10,24)は何番目?

(10,24)は24周目である。
(23,-23)(2\times23+1)^2=47^2=2209番目になる。
(24,-23)(23,-23)の右側にある点で、2210番目になる。ここから上にあがり、
(24,24)は、24-(-23)=47だから、2210+47=2257番目になる。
そして、(10,24)(24,24)24-10=14番目の点だから、2257+14=2271番目である。

最終更新:2011年11月16日 11:55