Mis dos centavos son que en mi universidad hemos tenido estudiantes de doctorado en matemáticas que trabajan en cuestiones de informática (y profesores en el departamento de matemáticas con intereses en ciencias de la computación), así como algunos estudiantes de informática que trabajan principalmente en problemas puramente combinatorios.
Puede que tengas razón en que a veces es más fácil trabajar en preguntas de CS como estudiante de matemáticas, en lugar de en preguntas de matemáticas puras como estudiante de CS. Tenga en cuenta que al menos en los primeros dos años, estos dos tipos de programas pueden ser bastante diferentes en contenido. Como estudiante de matemáticas, se espera que tome cursos básicos de matemáticas como análisis real, análisis complejo, topología, álgebra, etc. La combinación generalmente no forma parte de este núcleo. Para un programa de CS habrá un requisito básico de CS, que generalmente implica tomar una combinación de cursos teóricos y más aplicados. Si bien el núcleo de un programa de matemáticas es bastante estándar y se aplica estrictamente, el núcleo de un programa de CS tiende a depender mucho del programa y los requisitos pueden ser más flexibles.
Sin embargo, todo eso no es realmente de importancia primordial (aunque será mucho trabajo) y termina en los primeros dos años. Entiendo que es difícil saber en qué quieres trabajar antes de estar en la escuela de posgrado, y muchos estudiantes cambian sus campos. Sin embargo, le animo a que mire las páginas de facultades de las escuelas que está considerando, vea en qué están trabajando los profesores y escriba varios correos electrónicos a profesores y estudiantes. Los estudios de nivel de doctorado son mucho más sobre las relaciones personales y el impulso personal que sobre un programa en su conjunto. En mi opinión, los buenos programas a nivel de doctorado se distinguen por una facultad fuerte y una cultura de investigación enérgica, más que por un plan de estudios. Debe consultar con el profesorado y los estudiantes actuales sobre preguntas como el nivel de colaboración entre los departamentos de matemáticas y CS. Y realmente deberías tratar de encontrar una facultad que tenga una combinación de intereses que te atraiga. También es una buena idea escribirles para expresar su interés.
En cuanto a los trabajos de la industria, no estoy seguro de que haya una gran diferencia entre un título de teoría CS y un título de matemática aplicada. Pero no estoy muy bien informado sobre esto.