数学学习乐园之八十九(马的路径)
图1是德莫弗对8×8棋盘所作的一种解答,方格中的号码代表马的走法.图2是相同路径的另一种表示方法.两者各有其优点,你可以自行...
图1是德莫弗对8×8棋盘所作的一种解答,方格中的号码代表马的走法.图2是相同路径的另一种表示方法.两者各有其优点,你可以自行决定采用哪一种表示法.不论你使用哪一种方法,都会需要很多的方格纸.第二种使用直线连接的表示方法尚未完成,但已经显示出德莫弗解答的策略是,在棋盘上沿一个方向移动,而且尽可能地向外侧靠近.在方格纸上重新绘制图2,在自己尝试解题之前,先完成德莫弗的解.
对于这类问题,最好是从较小的棋盘开始,以便先熟悉马在各方格移动的方法.
显然在3×3的棋盘上,马无法走完全程(图3).从外圈的方格出发,马可以轻易地走过所有的外圈方格,但无法走到中央的方格;若是从中央的方格出发,马则无路可走.
那么在4×4的棋盘上,马是否可能走完全程?
图4是个错误的走法,马走了4步之后就动弹不得.若你无法走遍所有16个方格,那么在不重复经过任一方格的情况下,最多能走过多少方格?
请研究马在5×5、6×6、7×7的棋盘上的路径.
图5是马在8×4的长方形棋盘上的路径.马是否有可能在更小的长方形棋盘上走完全程?
研究马在其他形状的棋盘上的路径也很有趣.如图6的形状,曾被作者误以为是不可能走完全程的形状,但其实是可以走完全程的.
言归正传,再回到传统正方形的棋盘.研究此问题的许多数学家都试图找出具有特殊性质的解,例如找出马最后回到起点的路径.
图7所示的走法由欧拉所完成.这种路径称为“重返路径”.图7的解还具有一种更奇妙的性质,那就是马先走完一半的棋盘,再走另一半.
请试着在6×6的棋盘上找出重返路径.
用一种很简单的方法可以证明,任何奇数方格的棋盘都不可能有重返路径.看看你能否找到这个证明方法.
在其他形状的棋盘上也可能找到重返路径.可试一试图9.另一种也是由欧拉所找出的解法,使许多其他人提出的解法相形见继.那就是马的路径可以形成8×8的幻方,即任何行或列(但不包含对角线)的数字和都等于260,如图8所示.试着去验算一下其“魔术般”的性质,并研究其路径的对称性.根据马的走法,也可以设计出一种有趣的游戏.从5×5的棋盘上的任一方格开始,两人轮流移动一个马.移动时不能重复已经走过的方格,走最后一步的人赢.