15.4.26

Elegante Hexomino-Lösung für 20x20-Dreieck (Nr. 30)

Wir haben bereits eine elegante Hexomino-Lösung für Tenyo-Rahmen kennengelernt: Der Rahmen wird zunächst in mehrere Teile von ansprechender Form zerlegt. Wenn man diese alle gefüllt hat und zur Gesamtlösung zusammensetzt, bleiben die Trennlinien zwischen den einzelnen Teilen deutlich sichtbar.

Auch für das rechtwinklige Dreieck mit Seitenlänge der Kathete von 20 Elementarquadraten (das war die Hexomino-Aufgabe Nr. 15) gibt es eine elegante Lösung. Dazu wird zunächst das Dreieck durch geradlinige Schnitte in mehrere Teile zerlegt. Dann wird versucht, mit dem kompletten Satz von Hexominos jedes der Teile zu füllen und fertig ist die elegante Lösung. 

Hier die fünf Einzelteile: 

Die Aufgabe zu lösen, ist gar nicht so schwer (zumindest für den Computer), das geht wesentlich einfacher als beim Tenyo-Rahmen. Die hier gezeigte Lösung wurde mit mit Polycube Vers. 1.2.1 ermittelt, dazu wurde die Kommandozeile

polycube.exe -V -v10 -p -- Eingabedatei > Ausgabedatei

verwendet. Die eigentliche Herausforderung liegt in der Zerlegung des Dreiecks in solche Teile, die sich dann auch füllen lassen. Eine triviale Bedingung dafür ist, dass jede der Teilflächen eine durch 6 teilbare Größe hat. Diese Bedingung ist aber nicht ausreichend, denn man könnte beispielweise das große rechteckige 8x9-Teil weiter halbieren in 2 Rechtecke 4x9 oder diagonal halbiert in zwei weiter Dreiecke mit Seitenlänge 8. Aber die erste Aufgabe ist nicht lösbar, für die zweite ist es nicht bekannt, ob es eine Lösung gibt. 

Frage: Fällt Ihnen eine weitere elegante Zerlegung für das große 20x20-Dreieck ein, so dass sich mit den Hexominos alle Teile einzeln füllen lassen?

Hier die zusammengeschobene Lösung von oben, die Trennlinien der Teile sind weiter erkennbar


Historisches: Die Aufgabenstellung und die erste Lösung stammt von Len Gordon aus den späten 1980er Jahren [9]

Mehr Infos: 

[1] https://www.solitairelaboratory.com/hexomino/Hexomino.html






Aufgaben für Hexominos (Nr. 15-30)

Hier weitere Aufgaben für die 35 verschiedenen Hexominos, die Rahmen bestehen aus jeweils aus insgesamt 210 Elementarquadraten.

Schwierigkeit: Schwierig, aber für ambitionierte Puzzler sind diese Geduldspiele trotzdem von Hand lösbar. Es gibt jeweils sehr viele verschiedene Lösungen. Hier soll jeweils eine Lösung angegeben werden, da es praktisch unmöglich ist, sich eine solche Lösung schnell einzuprägen. Man wird also automatisch nach einer anderen Lösung suchen.

3D-Druck: Ein Satz Hexominos lässt sich mit 3D-Druck herstellen: Im Post Pentominos und Hexominos in Box finden Sie die Links zur Sammlung zum Blog auf Thingiverse sowie zu Printables.

Lösung mit Computer: Die hier vorgestellten Aufgaben bieten auch für die üblichen Lösungsprogramme keine Schwierigkeiten. PolySolvermops.exe und Polycube benötigen für die Aufgaben (in den Standard-Einstellungen) maximal einige Sekunden, manchmal auch viel weniger. Die hier gezeigten Lösungen wurden mit mit Polycube Vers. 1.2.1 ermittelt, dazu wurde die Kommandozeile

polycube.exe -V -10 -p -- Eingabedatei > Ausgabedatei

verwendet. 

Die Struktur der Eingabedatei ist einfach, Beispiele gibt es zusammen mit dem Programm bei [1].

Viele der unten gefüllten Rahmen sind (mit anderen Lösungen) bereits länger bekannt und finden sich in den angegebenen Quellen.

Mehr Infos:

[1] http://recmath.com/PolyPages/PolyPages/index.htm?hexopatts.htm
[2] https://polyominoes.co.uk/polyominoes/hexominoes/fifteen.html
[3] https://polyominoes.blogspot.com/search/label/hexominoes
[4] https://www.solitairelaboratory.com/hexomino/Hexomino.html

Aufgabe 15: Ein rechtwinkliges Dreieck mit Katheten der Länge 20. 

In einem eigenen Post für eine elegante Lösung für dieses Dreieck werden wir nocheinmal auf diese Figur zurückkommen.

Aufgabe 16: Quadrat 15x15 mit 15 Löchern auf der Diagonale und in den Ecken. 

Aufgabe 17: Quadrat 15x15 mit 15 Löchern in 3 Reihen diagonal


Aufgabe 18: Quadrat 15x15 mit 15 Löchern in einem Muster

Aufgabe 19: Quadrat 15x15 mit 15 Löchern in regelmäßiger Anordnung

Aufgabe 20: Quadrat 15x15 mit 15 Löchern in regelmäßiger Anordnung


Aufgabe 21: Flacher Rhombus mit einem Loch. 


Aufgabe 22: Rhombus mit einem Loch der Größe 1x11. 


Aufgabe 23: 
 Abgerundeter Rhombus mit einem kreuzförmigen Loch


Aufgabe 24: Rechteck 33x7 mit einem Loch der Größe 7x3.


Aufgabe 25: Rechteck 45x5 mit 15 einzelnen Löchern.


Aufgabe 26: Parallelogramm 43x5 mit 5 einzelnen Löchern.


Aufgabe 27: Parallelogramm 43x5 mit 5 einzelnen Löchern.


Aufgabe 28: Parallelogramm 43x5 mit 5 einzelnen Löchern.


Aufgabe 29: Oval 43x5 mit einem zentralen Loch.






12.4.26

Dodeca Insel-Spiel

Das Dodeca-Insel-Spiel besticht durch seine ungewöhnliche geometrische Form. Es besteht aus einem schwarzen Kunststoff-Kern in Form eines Dodekaeders, an dessen 12 fünfeckigen Seiten passgenaue, magnetische Plättchen angebracht werden müssen. Jedes dieser fünfseitigen Plättchen zeigt einen Ausschnitt einer Inselwelt mit Küstenlinien, Meer und Landmassen. Die Optik erinnert an alte Seekarten und verleiht dem Ganzen einen beinahe nautischen Charme. Mit einem Durchmesser von etwa 7 cm liegt das Objekt wie ein Handschmeichler in der Hand. Zur Aufbewahrung gibt es eine klare Hülle in Form des Dodekaeders.


Alle 12 Fünfecke müssen so auf dem Kern platziert werden, dass die Küstenlinien an allen 30 Kanten des Dodekaeders exakt aneinanderpassen und eine geschlossene Weltkarte bilden. Es gibt vier verschiedene Kantenstücken Wasser (blau), Wasser mit einer Fährverbindung in der Mitte, Erde (braun) oder Erde mit einer Bahnlinie in der Mitte. Bei der Lösung müssen immer gleiche Kantenstücken aufeinandertreffen. Die Fährverbindungen sind teilweise schlecht zu erkennen, beim abgebildeten Geduldspiel sind die Fährverbindungen an den Kanten durch halbe blaue Klebepunkte hervorgehoben.


Die möglichen Züge bestehen im Rotieren der einzelnen Fünfecke in 72-Grad-Schritten und dem strategischen Umsetzen auf die verschiedenen Positionen des Grundkörpers.

Schwierigkeit: Schwer. Abgesehen von der theoretischen Komplexität ist die Aufgabenstellung eine echte Herausforderung für das räumliche Vorstellungsvermögen. Man verliert auf der Rückseite des Körpers leicht den Überblick über die bereits gelösten Abschnitte. Es ist ein Geduldspiel für Profis.
 
Design:  Nobuyuki Yoshigahara (kurz: Nob)
Hersteller: Hanayama
Erscheinungsjahr: 1980er Jahre

Shopping: Nicht lieferbar

Übersicht: Legespiele mit dreieckigen, sechseckigen oder anderen Karten

Hier finden Sie alle systematischen Übersichten.

Legespiele mit quadratischen Karten sind die mit Abstand bekannteste Variante von Legespielen. Da man aber auch gleichseitige Dreiecke oder regelmäßige Sechsecke analog zusammensetzen kann, gibt es auch solche Legespiele. Und da der Kreativität keine Grenzen gesetzt sind, finden wir auch noch andere Formen.


Legespiele mit dreieckigen Karten

Die Karten haben die Form von gleichseitigen Dreiecken und werden entlang des üblichen Dreieckgitters zusammengefügt. Manchmal gibt es einen Rahmen, so dass die außenliegenden Kanten vorgegeben sind.
Die folgenden Legespiele mit dreieckigen Karten sind entsprechend ihrer Kartenanzahl sortiert.

Legespiele mit sechseckigen Karten

Die Karten haben die Form von regelmäßigen Sechsecken und werden entlang des üblichen Sechseckgitters zusammengefügt.
Die folgenden Legespiele mit dreieckigen Karten sind entsprechend ihrer Kartenanzahl sortiert.



Die Tantrix-Puzzles

Das Tantrix-Puzzle ist eine besondere Form der Legespiele mit Sechsecken, hier ist auch die Struktur der sich bildenden farbigen Pfade wichtig. Um einen geschlossenen Pfad zu erreichen, darf man nicht nur auf benachbarte Steine achten, sondern die globale Struktur ist wichtig.

Ungewöhnlich geformte Karten

Manchmal haben die Karten zur zwei Seiten, die für das Anlegen ausschlaggebend sind. Dann müssen die Karten eigentlich nur linear in der richtigen Reihenfolge angelegt werden. 


Dreidimensionale Puzzles mit Fünfecken

Auch mit Fünfecken lassen sich Edge Matching Puzzles herstellen, allerdings klappt dies nicht mehr in der Ebene. Aber wir können die Karten ja auf die Oberfläche eines Polyeders legen. Wenn wir ausschließlich Fünfecke verwenden, ist das Dodekaeder der passende Körper, aus Fünf- und Sechsecken lässt sich ein Fußball (genauer: ein abgestumpftes Ikosaeder) zusammensetzen.

Lösungsverfahren

Für Legespiele mit nicht-quadratischen Karten gibt es keine fertigen Lösungsprogramme, aber ein SMT-Solver kann wieder helfen.


11.4.26

Square Circle Puzzle

Dieses Geduldspiel erinnert ein wenig an die Unwiderstehlich-Puzzles, ist aber regelmäßiger geformt.  Im Original ist dieses Geduldspiel einfarbig, hier die zweifarbige Version.

Die Aufgabe besteht wie üblich darin, die Einzelteile herauszunehmen und wieder in den Rahmen zu packen. Die Ränder der Steine bestehen aus Viertelkreisen mit gleichem Radius, angeordnet in einem Quadratgitter. Sie lassen sich also auf vielfältige Weise zusammenlegen.

Bei der Lösung wechseln sich an längeren Kantenstücken immer die zwei Farben ab, gleichfarbige Nachbarsteine haben höchstens einen Viertelkreis geneinsam.

Beim 3D-Druck wird das ganze Geduldspiel in einem Stück in gelöster Form mit Rahmen gedruckt, das ist zunächst einfarbig. Aber wenn Sie zwei Exemplare in zwei Farben drucken, können Sie einige Steine passend austauschen und Sie haben noch ein zweites Puzzle zum Verschenken.

Aus mathematischer Sicht bleibt die Frage, wieso wir erreichen können, dass sich die zwei Farben immer abwechseln und keine größeren einfarbigen Bereiche bleiben können. Außerdem stellt sich die Frage, wieso (anders als bei den zweifarbigen Unwiderstehlich-Puzzles) nicht automatisch auch der äußere Rand einfarbig ist. Diesen Fragen wollen wir in einem späteren Post nachgehen.

Design:  Alexander FPV
Erscheinungsjahr: 2023

3D-Druck: Das STL-File für das oben abgebildete Geduldspiel stammt von Alexander FPV und wird auf printables.com für den nichtkommerziellen Gebrauch unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND zur Verfügung gestellt. Dazu gibt es noch eine Bodenplatte von maxiorona, ebenfalls auf printables.com.

Unwiderstehlich-Puzzle: Mittelgroßes Quadrat zweifarbig

Für eine allgemeine Beschreibung der Unwiderstehlich-Puzzles gibt es einen längeren Post. Deshalb hier nur die Details zu diesem Geduldspiel. Es besteht aus mehr als 100 Teilen in zwei Farben, die so in den Rahmen eingeordnet werden sollen, so dass sich die Bereiche in den Farben Rot und Schwarz immer abwechseln und stets nur die Breite eines Steines haben.  

Die Seitenlänge des quadratischen Rahmens beträgt etwa 15 cm.

Schwierigkeit: Mittelschwer. Zwar wegen der zwei Farben deutlich einfacher als einfarbige Unwiderstehlich-Puzzles, aber die größere Zahl von Puzzleteilen bildet dann doch eine Herausforderung.

 

Design:  Puzzle-Werkstatt Unnerstall
Hersteller:  Puzzle-Werkstatt Unnerstall

Google: Unwiderstehlich Puzzle Unnerstall
Shopping: Gebraucht selten lieferbar, Preise ca. 20€.


8.4.26

Bram's Hinged Cube

Bei Bram's Hinged Cube wird die Art der 3x3x3-Würfelschlange mit Scharnieren weiterentwickelt. Das Ergebnis ist ein zusammenklappbarer 2x2x2-Würfel bestehend aus 8 Elementarwürfeln, die mit Scharnieren verbunden sind.

In dem Bild sind alle Scharniere zu sehen. Gegenüber einer klassischen Würfelschlange mit Scharnieren gibt es einige Änderungen: Es handelt sich nicht mehr um eine klassische Schlange, da der Elementarwürfel links in der mittleren Reihe mit drei (statt zwei) anderen Würfeln verbunden ist. So ist beispielsweise die folgende Konstruktion möglich:

Außerdem sind die Kanten der Würfel leicht abgerundet, dadurch sind für jedes Scharnier drei Stellungen möglich und zusammenhängende Würfel können auch diagonal benachbart sein (wie im Bild links oben). Allerdings bieten die diagonalen Zwischenräume nur Platz für jeweils ein Scharnier, dort können also keine zwei Scharniere aufeinandertreffen. Und es gibt an zwei Würfeln außen zusätzliche Blockierer in Scharnierform, die bei  der Lösung stören, weil dadurch einige Bewegungen nicht möglich werden. Speziell gibt es eine Beinahe-Lösung, bei der sich der 2x2x2-Würfel nicht völlig schließen lässt, da die zwei Blockierer aufeinandertreffen.

Schwierigkeit: Das Geduldspiel lässt sich nicht so einfach lösen wie erwartet und ist verblüffend schwierig für einen 2x2x2-Würfel. Entsprechend groß ist die Freude nach der erfolgreichen Lösung. Wegen der überschaubaren Anzahl von Möglichkeiten trotzdem nur mittelschwer.

Ähnliche Geduldspiele: Ähnliche 2x2x2-Würfel mit Scharnieren, gefertigt aus Holz mit Messingscharnieren wurden bereits 2009 von James A. Storer vorgestellt [1].

Design:  Bram Cohen
Erscheinungsjahr: 2025

Google: Bram's Hinged Cube
Shopping: Als fertiger 3D-Druck vereinzelt lieferbar.

3D-Druck: Die STL-Dateien zu Bram's Hinged Cube gibt es unter der Lizenz CC-BY bei Printables. Der Druck ist in einem Stück möglich und benötigt ein wenig Support unter den senkrecht stehenden Scharnieren.

Mehr Infos: 

3x3x3-Würfelschlange mit Scharnieren

Bei klassischen Würfelschlangen sind pro Elementarwürfel zwei Seitenmitten durch eine Bohrung verbunden und die Elementarwürfel werden auf einen Gummizug aufgefädelt. Damit sind die jeweiligen Seitenflächen aufeinanderfolgender Elementarwürfel stets benachbart, aber eine Drehung benachbarter Würfel ist möglich.

Es geht aber auch anders: Man kann benachbarte Würfel auch an jeweils einer Kante mit einem Scharnier verbinden. Dann kann man das Scharnier um 180 Grad umklappen, und zwei andere Seiten der benachbarten Würfel stoßen aneinander. Wenn man an einem Würfel zwei Scharniere anbringt, dann gibt es  verschiedene Möglichkeiten: An einer Seite nebeneinander oder gegenüber sowie auf gegenüberliegenden Seiten parallel oder auf zwei Arten nicht-parallel. Dadurch wird die Anzahl der möglichen Würfelschlangen viel größer und die Lösung anspruchsvoller.

Der 3D-Druck macht solche Würfelschlangen mit Scharnieren auf einfache Art möglich: Die folgende Würfelschlange von mygadgetlife lässt sich flach aufgerollt ganz einfach in einem einzigen Stück drucken und es ist keinerlei Nachbearbeitung möglich.


Beim gelösten 3x3x3-Würfel erkennt man auf der Außenseite noch einige Scharniere, aber dies hilft nicht wirklich weiter.

Schwierigkeit: Der Designer schreibt, dass er kein typischer Puzzledesigner sei und er nur nach einer weiteren Anwendung für das verwendete Scharnier gesucht hat. Möglicherweise sei dieses Geduldspiel ganz einfach zu lösen. Das ist es nicht, der Zusammenbau eines 3x3x3-Würfels stellt noch höhere Anforderungen an das räumlich Vorstellungsvermögen und die hier gezeigte Würfelschlange ist mindestens mittelschwer.

Design:  mygadgetlife (Steven Gray)
Erscheinungsjahr: 2019

3D-Druck: Das Modell von mygadgetlife (Steven Gray) zur Verwendung mit der Lizenz CC-BY-NC findet man auf Thingiverse. Der Druck ist in einem Stück und ohne Support möglich.

5.4.26

Kugellabyrinth: Kugeln und verschiebare Ringe

Dieses Kugellabyrinth hat eine ähnliche Form wie das einfachste hier vorgestellte Kugellabyrinth mit Kugeln und festen Ringen. Drei Kugeln müssen durch vorsichtige Bewegungen in den inneren Ring navigiert werden.

Doch es gibt die folgende Besonderheit: Die drei inneren Ringe sind nicht fest sondern lassen sich auch verschieben, indem man das ganze Labyrinth passend neigt. Da die Stahlkugeln flinker sind als die dicken Wände, ergeben sich hier neue Möglichkeiten. Beispielsweise können Sie die Öffnung des inneren Rings mit dem nächsten Ring verschließen.  

Design:  klassisch

Shopping: Nicht lieferbar.

Klassisches Kugellabyrinth: Kugeln und Ringe

Ein ähnliches Labyrinth wie dieses kennen Sie sicher aus Ihrer Kindheit: Drei Kugeln (oder eine andere Anzahl von Kugeln) müssen alle in eine zentrale Position navigiert werden, indem man das Labyrinth in einer Hand hält und vorsichtig nach verschiedenen Seiten neigt. Dies ist keine intellektuelle Herausforderung, sondern fordert eher die Feinmotorik. 

Die Einzige Schwierigkeit besteht darin, wirklich alle Kugeln an die zentrale Stelle zu bringen. Bei unvorsichtigen Bewegungen entsteht schnell wieder Unordnung im Labyrinth. Derartige Geschicklichkeitsspiele gibt es mindestens seit 1889 [1].

Der einzige Grund, solch eine Kinderspielzeug hier vorzustellen besteht darin, dass es viele verschiedene Komplikationen gibt, die dieses Spiel komplizierter machen. Von Zeit zu Zeit sollen hier immer komplizierter Kugellabyrinthe vorgestellt werden.

Design: klassisch
Google: einfaches kugellabyrinth
Shopping: Ähnliche Kugellabyrinthe sind lieferbar, Preis ab 2€

Mehr Infos: 

4.4.26

Turn Around 2

Die Aufgabenstellung ist ähnlich zu Turn Around 1: In die gleiche Box der Größe 3x3x4 mit dem gleichen Deckel mit Schwalbenschwanzverschluss sollen diesmal andere sechs Polyominos gepackt werden. 

Die Polyominos belegen zusammen wieder ein Volumen von 30, so dass sechs  Elementarwürfel frei bleiben sollten. Die Box mit den Steinen soll verschlossen werden, und dazu muss der Deckel beim Schließen bzw. Öffnen gedreht werden muss. Bei einer völlig gefüllten quaderförmigen Box müsste man den Deckel aber nach oben abnehmen und er ließe sich nicht drehen. 

Schwierigkeit: Die Designer vergeben eine Schwierigkeit von 4/5 und verraten, dass es nur eine Lösung gibt.

 

Ähnliches Geduldspiel: Turn Around 1.

3D-Druck: Seit 2025 gibt es die STL-Dateien zur Serie der No Problem Puzzles unter der Lizenz CC-BY-NC-ND auch bei Thingiverse und Printables

Design:  Theo Geerinck, Symen Hovinga
Erscheinungsjahr: ca. 2021

Google: No Problem Puzzles Turn Around
Shopping: Als fertiger 3D-Druck vereinzelt lieferbar.

Elegante Hexomino-Lösung für 20x20-Dreieck (Nr. 30)

Wir haben bereits eine elegante Hexomino-Lösung für Tenyo-Rahmen kennengelernt: Der Rahmen wird zunächst in mehrere Teile von ansprechender...