MathLabs

第2問

α\alpha、β\beta を正の実数とする。エメラルドは座標平面上で原点 (0,0)(0,0) から旅を始める。毎分、彼女は上に1単位または右に1単位動き、座標平面の領域 ∣x−y∣<2025|x-y|<2025 に自分を限定する。点 (x,y)(x,y) を訪れたとき、彼女はそこに整数 ⌊xα+yβ⌋\lfloor x\alpha+y\beta\rfloor を書き込む。エメラルドはすべての非負整数をちょうど1回ずつ書き込んだことが分かった。このような旅が可能となる (α,β)(\alpha,\beta) の組をすべて求めよ。
ステップ 5/6: α+β=2 を満たすすべての組が達成可能
xn=⌈n2⌉, yn=⌊n2⌋  ⟹  zn=nx_n=\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil,\ y_n=\left\lfloor\frac{n}{2}\right\rfloor\implies z_n=n
詳しい解説

逆に、α≥β\alpha\ge\beta で α+β=2\alpha+\beta=2 とすると 0<β≤1≤α<20<\beta\le1\le\alpha<2 である。xn=⌈n/2⌉x_n=\lceil n/2\rceil、yn=⌊n/2⌋y_n=\lfloor n/2\rfloor の経路を取ると、これは ∣xn−yn∣≤1<2025|x_n-y_n|\le1<2025 を保つ。nn が偶数なら zn=⌊n2(α+β)⌋=nz_n=\lfloor\frac n2(\alpha+\beta)\rfloor=n。nn が奇数なら zn=⌊n+12α+n−12β⌋=⌊n+α−β2⌋=nz_n=\left\lfloor\frac{n+1}2\alpha+\frac{n-1}2\beta\right\rfloor=\left\lfloor n+\frac{\alpha-\beta}2\right\rfloor=n となる。なぜなら 0≤α−β<20\le\alpha-\beta<2 により小数部分が [0,1)[0,1) に収まるからである。したがってこの経路はすべての非負整数をちょうど1回ずつ実現する。