А теперь сделайте первый удар!
Последняя головоломка от Nikoli – об электрических лампочках, освещающих комнату. В задаче Akari («Свет») нужно осветить всю матрицу, разместив определенным образом лампочки, изображенные в виде кружков. Черная ячейка с цифрой указывает, сколько лампочек должно быть размещено в соседних ячейках непосредственно сверху, снизу, слева или справа от нее. Каждая лампочка освещает все незаблокированные квадраты в своей строке и столбце. Квадраты, не примыкающие к квадратам с цифрами, могут быть с лампочками или без. В решении задачи все белые квадраты должны быть освещены, причем две лампочки не могут находиться на пути света друг друга.
В данном примере A – начальная схема. Поскольку каждая цифра подсказывает, сколько лампочек нужно расположить рядом с соответствующим квадратом по горизонтали и вертикали, нам известно, что лампочки есть во всех горизонтальных и вертикальных клетках рядом с обеими клетками с цифрой 0 (на рисунке В я обозначил их точками). Две лампочки рядом с квадратом 4 граничат с квадратом 2, а мы знаем, что они не могут находиться у двух других сторон квадрата 2, поэтому я поставил еще одну точку в клетке над квадратом 2. На рисунке С стрелками обозначены строки и столбцы, освещенные четырьмя лампочками, отмеченными на предыдущем рисунке. В клетке над квадратом 3 не может быть лампочки, потому что он находится на пути света от другой лампочки, а значит, у каждой из трех оставшихся сторон квадрата 3 должна быть лампочка. Мы также можем определить, что лампочку следует поместить в клетке а, поскольку во всех остальных позициях, которые могли бы осветить этот квадрат, запрещено вкручивать лампочки – либо потому, что мы отметили их как не имеющие лампочек, либо потому, что они находятся на пути света от другой лампочки. Решение показано на рисунке D.
А теперь пролейте немного света на следующую схему.
Размещение электрических лампочек в помещениях необычной формы приводит нас к последней геометрической головоломке.
На рисунке ниже показано горизонтальное сечение комнаты. Лампочкой обозначено местоположение единственного источника света. Когда свет включен, стена, отмеченная жирной линией, полностью остается в тени. Будем исходить из предположения, что остальные стены не отражают света.
Разработайте проект комнаты с прямыми стенами, где единственный источник света расположен так, что часть каждой стены или вся стена остаются в тени.
Все стены комнаты должны быть соединены. Нельзя включать в проект отдельно стоящие стены или выступающие кромки.
Кто решит эту головоломку последним, будьте добры, выключите свет.
10 увлекательных головоломок. Умнее ли вы 12-летнего ребенка?
1. Четыре из представленных ниже фрагментов пазла можно соединить в виде прямоугольника. Какой фрагмент при этом не будет использоваться?
2. Если следующие дроби разместить в порядке возрастания, какая окажется посредине?
Варианты ответов: а) ; б) ; в) ; г) ; д) .
3. Буква e встречается в данной последовательности ___ раз.
Seven (7); eight (8); nine (9); ten (10); eleven (11).
Сколько из приведенных выше пяти слов можно поставить на месте пробела, чтобы предложение было правильным?
Варианты ответов: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5[19].
4. Ниже изображен рисунок на песке под названием lusona, который рисуют члены племени чоква – одного из народов банту, обитающего в западной части Центральной Африки. При создании такого рисунка художник использует палочку или прутик, чтобы одним неразрывным движением начертить на песке линию, которая начинается и заканчивается в одном месте. В какой точке могла бы начинаться линия, изображенная на данном рисунке? (Разорванная линия в местах пересечения нарисована первой, а сплошная – поверх нее.)
5. Какое из представленных ниже выражений можно разделить на все целые числа от 1 до 10 включительно?
Варианты ответов: а) 23 × 34; б) 34 × 45; в) 45 × 56; г) 56 × 67; д) 67 × 78.
6. Валет червей: Я украл пироги.
Валет треф: Валет червей лжет.
Валет бубен: Валет треф лжет.
Валет пик: Валет бубен лжет.
Сколько валетов говорят правду?
Варианты ответов: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) нужны дополнительные данные.
7. Грани куба необходимо раскрасить так, чтобы две грани с общим ребром были разного цвета. Какое минимальное количество красок понадобится?
Варианты ответов: а) 2; б) 3; в) 4; г) 5; д) 6.
8. Бабушка утверждает, что становится моложе. Она вычислила, что сейчас в четыре раза старше меня, а пять лет назад была в пять раз старше, чем я. Чему равна сумма наших возрастов в настоящее время?
Варианты ответов: а) 95; б) 100; в) 105; г) 110; д) 115.
9. В следующем выражении замените каждый квадрат либо знаком «+», либо знаком «–» так, чтобы результат вычисления был равен 100.
123 45 67 89
Количество знаков «+» равно p, а количество знаков «–» равно m. Чему равно p – m?
Варианты ответов: а) −3; б) −1; в) 0; г) 1; д) 3.
10. Для укладки пола используются плитки двух размеров, одна – со стороной 1 единица, а вторая – со стороной 4 единицы. Для замощения по схеме, изображенной на рисунке, понадобится очень много таких плиток. Какое из соотношений ближе всего к отношению количества серых плиток к количеству белых?
Варианты ответов: а) 1:1; б) 4:3; в) 3:2; г) 2:1; д) 4:1.
Глава 3. «Пернатая» математика. Практические задачи
В этой главе я собрал головоломки, в основе которых лежит происходящее в реальном мире. В одних задействованы знакомые объекты, например чаши, кувшины, фитили и картофель. Другие описывают ситуации из повседневной жизни, такие как соревнования по бегу, полет на самолете, а также поход за покупками. С этой старейшей из всех задач в этой книге мы и начнем.
Если петух стоит 5 денежных единиц, курица 4 единицы, а цыпленок ¼ единицы, сколько петухов, кур и цыплят можно купить за 100 единиц так, чтобы всего получить 100 пернатых?
Китайский математик Чжэнь Луань придумал эту задачу в середине VI века, хотя впервые подобные задачи (как приобрести 100 животных трех видов за 100 денежных единиц) появились столетием ранее, и тоже в Китае.
Это замечательная головоломка: удивительно лаконичная, с неочевидным решением. Проверив в уме несколько чисел, вы совсем запутаетесь. Любимая загадка китайцев о сотне животных распространилась в Индии, на Ближнем Востоке и в Европе. Сборник головоломок Алкуина под названием «Задачи для развития молодого ума», о котором я уже упоминал, содержит три варианта этой головоломки: продаются кабаны, свинки и поросята по десять, пять и половине динария; лошади, коровы и овцы – по три солида[20], одному и двадцать четвертой части солида; верблюды, ослы и овцы по пять, одному и двадцатой части солида. Последний вариант, возможно, отдавая должное происхождению головоломки, Алкуин называет задачей восточного торговца.
Современные читатели при решении подобных задач сразу же представят их в виде уравнений. Если вы покупаете х петухов, y кур и z цыплят, то вопрос Чжэнь Луаня можно перефразировать так:
1. x + y + z = 100 (поскольку всего должно быть 100 птиц).
2. 5 x + 4 y + z/4 = 100 (потому что общая сумма составляет 100 единиц).
Решив эти уравнения, вы получите ответ.
Чжэнь Луань, Алкуин и их современники решали задачи такого рода посредством догадок, проб и ошибок. У них не было возможности использовать алгебру, поскольку после крушения античной цивилизации эта наука надолго прервала свое развитие и начала возрождаться сначала на Востоке с IX века, а потом и в Европе. Однако решать подобные задачи с помощью уравнений гораздо проще и, пожалуй, интереснее. В задачах о сотне животных мне нравится именно то, что они одними из первых демонстрировали огромную силу алгебраических методов. Эти головоломки сыграли определенную роль в развитии и распространении новых математических методов, причем не только в виде блестящего доказательства их эффективности, но и в качестве интересных логических проблем, которые потребовали от математиков средних веков и эпохи Возрождения более глубокого анализа.
Алгебра – раздел математики, в котором числа и величины представлены в уравнениях в виде символов, например x, y и z. Слово «алгебра» происходит от арабского al-jabr