Собрать прямоугольник из 6 частей 33 клетки. Составление фигур из треугольников и квадратов. Головоломка “Монгольская игра”

Игра под названием «Фигура и фон» Пришло время Мастеру проверять своих учеников. Он позвал троих, взял белый лист бумаги, капнул на него чернила и спросил: – Что вы видите? Первый ответил: – Черное пятно. Второй: – Кляксу. Третий: – Чернила. Монах заплакал и ушел в свою

Человек-прямоугольник Прямоугольники свидетельствуют о внутренней неудовлетворенности, о том, что поиск себя еще не закончен. В категорию «Прямоугольников» попадают лишь очень немногие люди, в жизни которых в данный момент происходит что-то очень серьезное. Либо

Цель. Фигура: треугольник Треугольники имеют по три вершины. Вытянутый по горизонтали треугольник может обозначать стрелку, указывающую в определенном направлении. Это направление есть цель. С помощью треугольной рамки мы стремимся к результату в поиске информации.Мы

Точность. Фигура: круг Точность информации оценивается с помощью круглой фигуры. Круг означает центр цели, увеличительное стекло. Точность зависит от того, насколько вы близки к цели или насколько далеко от нее оказались.Точность информации приобретает огромное

Интерес. Фигура: сердце Сердечные дела всегда вызывают большой интерес человека, владеющего этим сердцем. Кроме того, ему интересны и другие люди. Поэтому фигура в виде сердца символизирует интерес. Для упрощения мы будем говорить не «фигура в виде сердца», а просто

Ценность. Фигура: бриллиант Бриллианты символизируют ценность. Поэтому фигура в виде бриллианта поможет нам задать ценностный вопрос: насколько полезна эта информация?Между потребностью, ценностью и интересом есть очевидная связь, но все же их нужно отделять друг от

Новый класс игр с пентамино, который мы сейчас рассмотрим, можно охарактеризовать как задачи "совмещения" фигур, то есть задачи о складывании из пентамино двух или более равных между собой фигур. Приведем несколько примеров:

1. Попробуйте составить из 12 различных пентамино два одинаковых прямоугольника размером 5×6 (на каждый будет затрачено по 6 пентамино). На рис. 21 изображены отвечающие этим прямоугольникам наборы пентамино, причем любопытно, что приведенное разбиение наших фигур на два набора по шесть пентамино - единственно возможное. Впрочем, из этого не следует, что задача имеет единственное решение. В самом деле, для изображенного на рисунке справа набора фигур мы можем по-разному соединить F- и N-пентамино, получив при этом одну и ту же фигуру (как?).

Рис. 21. Два набора по 6 пентамино, из которых можно составить прямоугольники 5×6

Заметим, между прочим, что решение этой задачи одновременно служит решением задачи о покрытии 12 пентамино прямоугольников размерами 5×12 и 6×10. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно приложить друг к другу двумя способами наши прямоугольники размером 5×6.

2. Найдите такое покрытие 12 разными пентамино шахматной доски размером 8×8 с отверстием размером 2×2 в центре доски, чтобы доску можно было разбить на две одинаковые части, каждая из которых покрыта шестью пентамино. Три типичных решения этой задачи приведены на рис. 22.

Рис. 22. Типичное решение задачи о покрытии шахматной доски 8×8 с центральной "дыркой" 2×2, причем покрытие разбивается на две конгруэнтные части

3. Разбейте 12 пентамино на три группы по четыре фигуры в каждой так, чтобы при этом существовала 20-клеточная "доска", которую можно покрыть четырьмя пентамино, образующими любую из групп. Решение, изображенное на рис. 23, вовсе не единственное; читатель может попытаться найти свое решение.

4. Снова разбейте наши 12 пентамино на три группы по четыре пентамино; каждую группу в свою очередь разбейте на пары пентамино и придумайте три 10-клеточные "доски" (свою для каждой группы), покрываемые любой из входящих в соответствующую группу пар полимино. Одно из решений приведено на рис. 24. Постарайтесь найти другие решения, в частности такие, где ни одна из трех "досок" не имеет отверстий (подобные решения существуют).

5. Еще раз разбейте 12 пентамино на три группы по четыре полимино в каждой. Если теперь ко всем наборам добавить по мономино, можно попытаться сложить из них три прямоугольника размером 3×7. Решение задачи показано на рис. 25. Известно, что других решений нет, если не считать того, что в самом левом прямоугольнике можно переложить мономино и Y-пентамино таким образом, чтобы в целом они составили ту же фигуру.

Рис. 25. Решение задачи о покрытии трех прямоугольников 3×7

Доказательство единственности решения последней задачи было подсказано инженером К. С. Лоренсом из компании "Аэроспейс Корпорейшн" (Лос-Анджелес) Прежде всего, нетрудно видеть, что Х-пентамино необходимо скомбинировать с U-пентамино, приложив их друг к другу так, как показано на рис. 26. Завершая первый прямоугольник, мы, очевидно, уже не сможем воспользоваться ни F-, ни W-пентамино. Легко заметить также, что последние две фигуры заведомо должны принадлежать разным прямоугольникам размером 3×7; иначе говоря, из трех наших прямоугольников размером 3×7 один будет содержать Х- и U-пентамино, другой - W-пентамино и, наконец, третий - F-пентамино. Мы предоставляем читателю возможность самостоятельно закончить решение задачи и с помощью несложного, хотя и довольно скучного разбора всех возможных оставшихся вариантов расположения фигур показать, что решение, изображенное на рис. 25, в самом деле является единственным.

Рис. 26. Единственно возможное положение Х-пентамино в прямоугольнике 3×7

6. Разложите наши 12 пентамино в четыре группы по три фигуры в каждой и придумайте такую 15-клеточную "доску", чтобы ее можно было покрыть всеми пентамино любой из групп.

Эта задача до сих пор не решена, но вместе с тем и не доказано, что такой "доски" не существует.

7. Вырежьте из шахматной доски фигуру наименьшей возможной площади, состоящую из некоторого числа примыкающих друг к другу клеток доски, так, чтобы на этой фигуре разместилось любое пентамино.

Минимальная площадь такой фигуры - 9 квадратов (клеток); два 9-клеточных решения задачи приведены на рис. 27. В самом деле, нетрудно проверить, что любое пентамино уместится на каждой из изображенных на рисунке "досок". С другой стороны, можно доказать, что наименьшая возможная площадь требуемой фигуры есть площадь в 9 квадратов. Действительно, если бы существовала менее чем 9-клеточная фигура, удовлетворяющая требуемым условиям, то, размещая на ней I-, Х- и V-пентамино, мы совместили бы их так, чтобы они вместе покрывали площадь не более чем 8 клеток. Ясно, что I- и Х-пентамино совместятся при этом по трем клеткам: в противном случае мы либо сразу же получим фигуру из 9 клеток, либо (если центральная клетка Х-пентамино совпадет с крайней клеткой I-пентамино) придем к фигуре из 9 клеток - если потребуем, чтобы на этой фигуре можно было бы разместить и V-пентамино. Но этому условию отвечают всего две изображенные на рис. 28 конфигурации из 8 клеток, такие, что и V-пентамино размещается на рассматриваемой "доске". Однако легко видеть, что на обеих "досках" не умещается, например, U-пентамино; для того чтобы обеспечить размещение на "доске" также и U-пентамино, потребуется увеличить любую из изображенных на рис. 28 фигур еще минимум на одну клетку. Таким образом, площади в 8 клеток для решения задачи будет не хватать, в то время как 9-клеточные фигуры, удовлетворяющие условию задачи, как мы видели выше, существуют.

Несколько лет назад к решению разнообразных задач о полимино были привлечены современные электронные вычислительные машины. Так, в сообщении известного американского специалиста по математической логике Дана Стюарта Скотта, профессора Стэнфордского университета (см. библиографию в конце книги), говорилось о двух задачах, решенных с помощью ЭВМ Стэнфордского университета MANIAC. Первая из них, уже знакомая нам, состояла в складывании из 12 разных пентамино прямоугольника размером 3×20. Выяснилось, что два ее решения, указанные на стр. 24, являются единственно возможными. Вторая задача заключалась в перечислении всех возможных покрытий 12 различными пентамино шахматной доски размером 8×8, в центре которой вырезан квадрат размером 2×2 (квадратное тетрамино). Оказалось, что последняя задача имеет 65 разных (то есть не получающихся друг из друга поворотами и отражениями доски) решений.

При составлении программы Д. Скотт воспользовался очень простой и остроумной идеей, которая заключалась в следующем: Х-пентамино можно расположить на шахматной доске лишь тремя существенно различными способами, показанными на рис. 29; Электронная вычислительная машина MANIAC нашла 20 решений для первого расположения Х-пентамино, 19 - для второго и 26 - для третьего расположения. Три из наиболее интересных решений, входящих в число этих 65, приведены на рис. 30, а на рис. 31 показаны три невозможные ситуации - они невозможны просто потому, что их нет в списке Скотта.

Рис. 29. Три возможных положения Х-пентамино на шахматной доске 8×8 с удаленным центральным квадратом 2×2

Рис. 30. Три интересных решения задачи о покрытии доски 8×8 с удаленным центральным квадратом 2×2

Рис. 31. Невозможные покрытия полимино шахматной доски 8×8

Профессор Манчестерского университета С. Б. Хэзелгроув, английский астроном, известный также своими результатами по теории чисел, не так давно с помощью ЭВМ подсчитал число всевозможных способов сложения из всех 12 пентамино прямоугольника размером 6×10. Вот его результат: не считая поворотов и отражений шахматной доски, ЭВМ нашла 2339 принципиально разных решений! Вместе с тем Хэзелгроув проверил и подтвердил два названных выше результата Дана Скотта.

В заключение приведем еще три несомненно заслуживающие внимания задачи, относящиеся к составлению фигур из пентамино:

1. Покройте "64-клеточную пирамиду", изображенную на рис. 32, 12 разными пентамино и квадратным тетрамино (впрочем, последнее можно заменить любым другим тетрамино). Одно из решений приведено на рис. 32.

Рис. 32. "Треугольник" из 64 квадратов

2. Покройте 12 пентамино вытянутый крест, изображенный на рис. 33.

3. Профессору Р. М. Робинсону (который также впервые указал "зубчатый квадрат", приведенный в гл. VI) принадлежит очень простое доказательство того, что 60-клеточную фигуру, показанную на рис. 34, нельзя покрыть 12 разными пентамино. В самом деле, с краев эта фигура ограничена 22 клетками (считая и четыре угловые), а если сосчитать, сколько квадратов каждого из 12 пентамино может находиться на краю нашей фигуры, то в сумме мы получим всего лишь 21 клетку - на единицу меньше, чем требуется:

Т-пентамино - 1; W-пентамино - 3; Z-пентамино - 1; L-пентамино - 1; U-пентамино - 1; Х-пентамино - 3; F-пентамино - 3; Р-пентамино - 2; V-пентамино - 1; Y-пентамино - 2; 1-пентамино - 1; N-пентамино - 2 Итого: 21 клетка.

Рассуждения такого рода, где отдельно рассматриваются внутренние и "граничные" клетки доски, весьма полезны при складывании "зигзагообразных" фигур.

Другие любопытные головоломки с пентамино будут рассматриваться в гл. VI.

Однажды мой сынок добрался до моих рабочих материалов и нашел разные фигурки, сделанные из плотного цветного картона (смотрите ниже на картинке). Их я использую на уроках математики, когда приходится замещать учителей, и в группе продленного дня в различных играх. Я не стала их отбирать от ребенка, а решила понаблюдать, что же будет дальше. Я ждала, что он их сомнет и разорвет, как обычно это делают детки в его возрасте, но на удивление он спокойно сидел и пытался что-то собрать.
Дальше мы с ним вместе собирали разные фигуры животных, машин и т.д. Вот решила и с вами поддеться этим увлекательным материалом.
На самом деле этот набор фигур называется - пентамино.
Пентамино - очень популярная логическая игра и головоломка одновременно.
Запатентовал головоломку “Pentomino” Соломон Вольф Голомб, житель Балтимора, математик и инженер, профессор университета Южная Калифорния. Игра состоит из плоских фигур, каждая из которых состоит из пяти одинаковых квадратов, соединённых между собой сторонами, отсюда и название. Существуют еще версия головоломок Тетрамино, состоящие из четырех квадратов, от этой игры и произошел известный Тетрис.
Всего существуют 12 элементов пентамино, обозначаемых латинскими буквами, форму которых они напоминают. При решении задач и головоломок фигурки можно вертеть и переворачивать, поэтому при изготовлении игры своими руками элементы делайте двухсторонними.
Как сделать Пентамино
Можно изготовить пентамино из кубиков, но тогда Вам нужно будет склеить и обклеить цветной пленкой 60 кубиков - трудновато. Предлагаем сделать элементы их плотного картона.
Рисуем каждый элемент на твердом картоне, вырезаем, проверяем, чтобы элемент входил в элемент “U”. Подрезаем, если надо лишнее. Мы рисовали детали из квадратиков 2,5х2,5 см.
Обводим готовый картонный элемент на сложенной вдвое цветной бумаге и вырезаем сразу две цветные детали. Лучше цветные детали делать меньше, чем картонные, и приклеиваются лучше, и углы поровнее будут.
Клеим клеем-карандашом цветную бумагу с двух сторон картонки.
Находим коробочку для хранения деталей, куда потом будем складывать также схемы и задания к игре.
Игры и задачи с Пентамино
Сложи прямоугольник
Самая распространённая задача о пентамино - сложить из всех фигурок, без перекрытий и зазоров, прямоугольник. Поскольку каждая из 12 фигур включает в себя 5 квадратов, то прямоугольник должен быть площадью 60 единичных квадратов. Возможны прямоугольники 6x10, 5x12, 4x15 и 3x20.

Существует ровно 2339 различных укладок пентамино в прямоугольник 6x10, а вот вариантов прямоугольника 3х20 всего 2.

Сложи фигуру
Их элементов можно складывать различные фигуры, симметричные узоры, буква алфавита, цифры.
Для маленьких детей, лучше фигуры складывать по образцу, как мозаику.
Фигурки можно распечатать или перерисовать на листочек в клеточку.

Игры с малышами
С малышами играть лучше совсем по другому, не стоит им давать сразу сложные задания на логику, пусть играют с пентамино как с пазлами.
Можно искать подходящий по цвету или форме, а в получившейся собранной фигуре находить признаки сходства с животным или знакомым предметом. Например, если фигура похожа на слона, то можно попытается сделать хобот подлиннее или увеличить уши, а потом убрать пару элементов и превратить фигуру в мышь или еще кого-нибудь.
Покажите ребенку как складывать маленький прямоугольник. Потом разломайте, как будто нечаянно. Можно перед тем как сломать, обратить внимание ребенка на то, где какие детали лежат. Попросите помочь собрать его заново, а то у вас не получается.
Да, много еще игр можно придумать с пентамино, главное, что бы ребенку и вам было интересно.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Полимино

В этой статье мы будем рассматривать полимино – фигуры, составленные из одноклеточных квадратов так, что каждый квадрат примыкает хотя бы к одному соседнему, имеющему с ним общую сторону.

Задачи с полимино очень характерны для комбинаторной геометрии – раздела математики, занимающегося вопросами взаимного расположения и комбинирования геометрических фигур. Это очень красивая, но еще почти не разработанная ветвь математики, поскольку общих методов в ней, по-видимому, очень мало, а известные ныне методы настолько примитивны, что не поддаются усовершенствованию. Многие встречающиеся в практике важные инженерные задачи – в первую очередь те, которые связаны в том или ином смысле с оптимальным расположением фигур заданной формы, – по существу относятся к комбинаторной геометрии.

В последующих комбинаторных задачах предполагается, что полимино можно вращать (то есть поворачивать на 90, 180 или 270) и зеркально отражать (переворачивать), не меняя формы самих фигур.

Домино

Рис. 1

Домино состоит из двух квадратов и может иметь лишь одну форму – форму прямоугольника размером 1×2 (см. рис. 1). Первая связанная с домино задача, вероятно, многим знакома: даны шахматная доска, из которой вырезана пара противоположных угловых клеток, и коробка домино, каждое из которых покрывает ровно две клетки шахматной доски (см. рис. 2). Возможно ли целиком покрыть доску с помощью 31 кости домино (без свободных клеток и наложений)? Ответ на этот вопрос гласит: «НЕТ» и имеет замечательное доказательство. Шахматная доска содержит 64 чередующиеся клетки белой и черной раскраски (имеется в виду обычная шахматная раскраска доски). Каждая положенная на такую доску и покрывающая две соседние клетки кость домино покроет одно белое и одно черное поле, а n костей домино – n белых и n черных полей, т.е. поровну и тех и других. Но изображенная на рисунке шахматная доска содержит больше черных клеток, чем белых, и потому ее нельзя покрыть костями домино. Этот результат есть типичная теорема комбинаторной геометрии.

Рис. 2

Тримино

Рис. 3

Тримино (или триомино) - полимино третьего порядка, то есть многоугольник, полученный путём объединения трёх равных квадратов, соединённых сторонами. Если повороты и зеркальные отражения не считать различными формами, то существует только две «свободных» формы тримино (см. рис.3): прямое (I-образное) и угловое (L-образное).

Тетрамино

Рис. 4

С тетрамино связано множество задач на составление из них разных фигур. Доказано, что сложить какой-либо прямоугольник из полного набора тетрамино невозможно. Доказательство использует раскраску в шахматном порядке. Все тетрамино , кроме Т-образного, содержат 2 чёрные и 2 белые клетки, а Т-образное тетрамино - 3 клетки одного цвета и 1 клетку другого. Поэтому любая фигура из полного набора тетрамино (см. рис.4) будет содержать клеток одного цвета на две больше, чем другого. Но любой прямоугольник, с чётным количеством клеток, содержит равное число чёрных и белых клеток.

Пентамино

Рис. 5

Полимино, покрывающее пять клеток шахматной доски, называются пентамино. Существует 12 видов пентамино , которые можно обозначить прописными латинскими буквами, как указано на рисунке (см. рис. 5). В качестве приема, позволяющего легко запомнить эти наименования, укажем, что соответствующие буквы составляют конец латинского алфавита (TUVWXYZ ) и входят в имя FiLiPiNo . Поскольку всего имеется 12 разных пентамино и каждая из этих фигур покрывает пять клеток, то вместе они покрывают 60 клеток.

Самая распространённая задача о пентамино - сложить из всех фигурок, без перекрытий и зазоров, прямоугольник. Поскольку каждая из 12 фигур включает в себя 5 квадратов, то прямоугольник должен быть площадью 60 единичных квадратов. Возможны прямоугольники 6×10, 5×12, 4×15 и 3×20 (см. рис. 6).

Рис. 6

Для случая 6×10 эту задачу впервые решил в 1965 году Джон Флетчер. Существует ровно 2339 различных укладок пентамино в прямоугольник 6×10, не считая поворотов и отражений целого прямоугольника, но считая повороты и отражения его частей (иногда внутри прямоугольника образуется симметричная комбинация фигур, поворачивая которую можно получить дополнительные решения).

Для прямоугольника 5×12 существует 1010 решений, 4×15 - 368 решений, 3×20 - всего 2 решения (отличающихся вышеописанным поворотом). В частности, существует 16 способов сложить два прямоугольника 5×6, из которых можно составить как прямоугольник 6×10, так и 5×12.

Еще одна интересная задача о пентамино - задача об утроении фигур пентамино (см. рис. 7). Эта задача была предложена профессором Калифорнийского университета Р.М.Робинсоном. Выбрав одну из 12 фигур пентамино, необходимо построить из каких-либо 9 из 11 оставшихся пентамино фигуру, подобную выбранной, но в 3 раза бо́льшей длины и ширины. Решение существует для любого из 12 пентамино , причём не единственное (от 15 решений для Х до 497 для Р). Существует вариант этой задачи, в котором для построения утроенной фигуры разрешается использовать также и саму исходную фигуру. В этом случае число решений от 20 для Х до 9144 для Р-пентамино.

Рис. 7

“Пентамино” - одна из самых популярных мировых головоломок, пик популярности пришелся на конец 60-х годов. Сама игра подробно описывалась в журнале “Наука и жизнь”. В эту головоломку могут играть и дети и взрослые.

Запатентовал головоломку “Pentomino” Соломон Вольф Голомб , житель Балтимора, математик и инженер, профессор университета Южная Калифорния. Игра состоит из плоских фигур, каждая из которых состоит из пяти одинаковых квадратов, соединённых между собой сторонами, отсюда и название. Существуют еще версия головоломок Тетрамино, состоящие из четырех квадратов, от этой игры и произошел известный Тетрис.

Элементы Пентамино

Игровой набор “Пентамино” состоит из 12 фигурок. Каждая фигура обозначается латинской буквой, форму которой она напоминает. При решении задач и головоломок фигурки можно вертеть и переворачивать, поэтому при изготовлении игры своими руками элементы делайте двухсторонними.

Популярные головоломки

Игры и игрушки на основе Пентамино

Сейчас в интернет магазинах можно найти игры и головоломки, сделанный на основе элементов Пентамино.

Пентамино своими руками

Предлагаем сделать элементы игры из плотного картона или пластика и обклеить цветной бумагой или клеящейся пленкой. Внизу представлен вариант изготовления из картона.

• Рисуем каждый элемент на твердом картоне или пластике. Рисовать лучше, каждый элемент по отдельности, не складывая в прямоугольник - так вырезать будет легче.

• Вырезаем первую фигуру “U”, перепроверяем размеры. Далее вырезаем все остальные элементы, проверяя чтобы они спокойно входили в элемент “U” своими выпуклыми частями. Подрезаем, если надо лишнее. На фотографии показаны элементы с размером квадратного модуля 2,5 х 2,5 сантиметра.

• Обводим готовый картонный элемент на сложенной вдвое цветной бумаге и вырезаем сразу две цветные детали. Лучше цветные детали делать чуть меньше, чем картонные, и приклеиваются лучше, и края не будут отклеиваться от частого использования.

• Клеим цветную бумагу с двух сторон к картону.

• Находим коробочку для хранения деталей, куда потом будем складывать также схемы и задания к игре. Схемы можно распечатывать на сайте, а можно рисовать и раскрашивать на тетрадном листе в клеточку.

Рекомендуем почитать

Дерматология

Ягодный мусс на манке Как приготовить мусс из замороженных ягод

Финансы

Причины, симптомы и лечение патологии

Hi-Tech

Что такое сложение сил. Измерение силы. Сила. Сложение сил

Хобби

Cмертные грехи в православии: сколько их?

Десерты

Рецепты витаминных салатов из крапивы

Фармакология

Ароматная и сочная курица в фольге в духовке – быстро, просто и вкусно