20.10.24

Horton's Wire Puzzles No. 24

Der Rahmen dieses Drahtpuzzles besteht wieder aus einem U-förmig gebogenen Draht, aber diesmal werden die Schenkel des U an den Oberseiten nach innen gebogen und innen wieder nach unten geführt. Erst dort werden sie jeweils mit einem Ring abgeschlossen. An jeder Außenseite hängt eine Manschette mit einem Ring, der um den benachbarten inneren Draht führt. Die beiden innen liegenden Teile des Rahmens sind zusätzlich darüber doppelt verbunden jeweils durch eine Manschette und einen Ring in abwechselnder Orientierung.

Im Rahmen hängt eine lange Zunge, die mit einem kleinen Ring geschlossen wurde. So kann diese Zunge komplett durch die restlichen Ringe geschoben werden.

Die Zunge soll aus dem Rahmen befreit werden.


Das Geduldspiel hat starke Ähnlichkeiten zu Perry Horton's Wire Puzzles No. 19. Hier sind jedoch zwei Manschetten an den Außenseiten befestigt.

Schwierigkeit: Die Verpackung beschreibt das Drahtpuzzle genau wie Horton's Wire Puzzles No. 19 als schwer. Man kann das Geduldspiel erfolgreich mit einer sich mehrfach wiederholenden Schrittfolge lösen.

 

 

Hersteller und Artikelnummer:  Perry Horton, Wire Puzzle Nr. 24

Shopping: Nicht lieferbar.

Horton's Wire Puzzles No. 8

Der Rahmen dieses Drahtpuzzles besteht wieder aus einem U-förmig gebogenen Draht, aber diesmal werden die Schenkel des U an den Oberseiten nach innen gebogen und innen wieder nach unten geführt. Eine Seite wird mit einem Ring abgeschlossen, die zweite Seite ist mit einem Ring mit dem anderen Ende verbunden. Außerdem sind die beiden innen liegenden Teile des Rahmens sind doppelt verbunden jeweils durch eine Manschette und einen Ring in abwechselnder Orientierung.

Im Rahmen hängt eine lange Zunge, die mit einem kleinen Ring geschlossen wurde. So kann diese Zunge komplett durch die restlichen Ringe geschoben werden. Dies geht allerdings beim vorliegenden Puzzle nur mit leichter Gewalt. Allerdings lässt sich die Zunge auch befreien, ohne komplett durch einen Ring geschoben zu werden. Hier verstecken sich also zwei verschiedene Aufgaben.

Die Zunge soll aus dem Rahmen befreit werden.


Dieses Drahtpuzzle erinnert sehr an Perry Horton's Wire Puzzles No. 25. Tatsächlich wurden in der Mitte nur die oberen beiden Verbindungen mit Manschette und Ring spiegelverkehrt angebracht

Schwierigkeit: Die Verpackung beschreibt das Drahtpuzzle ebenso wie die No. 25 als mittelschwer. Durch die gleiche Lage zweier Ringe übereinander wird es eher einfacher.

 

Hersteller und Artikelnummer:  Perry Horton, Wire Puzzle Nr. 8

Shopping: Nicht lieferbar.


19.10.24

40 Grad Pentominos: Schräg gestreifte / gestauchte / polarisierte Pentominos

Die Situation ist ähnlich wie bei den waagerecht gestreiften bzw. gestauchten Pentominos, aber aus technischer Sicht sind beide Geduldspiele recht unterschiedlich.

Auf den ersten Blick sehen wir wieder ein Geduldspiel, bei der Polyformen in einen Rahmen gepackt werden müssen. Jedoch wurden statt eines Quadrates wieder eine etwas andere Elementarform verwendet, und zwar ein Rhombus. Bei dem folgenden Foto könnte man sich vorstellen, dass es sich ursprünglich um die üblichen Pentominos aus jeweils fünf Quadraten handelte. Diese stehen alle auf der Spitze und wurden von oben etwas zusammengedrückt, so dass die schrägen Kanten ausgehend von der Grundlinie nun nur noch einen Winkel von 40 Grad haben statt ursprünglich 45. Die genaue Größe des Winkels ist für uns völlig uninteressant, solange er zwischen 0 und 45 Grad liegt.


Diese etwas plattgedrückten Rhomben ändern ihre Form, wenn man sie um 90 Grad dreht: Aus einem flachen, breiten Rhombus wird ein langer dünner, deshalb können wir unsere Spielsteine auch nicht um 90 Grad drehen, sondern alle Spielsteine müssen mit flachgedrückten Rhomben im Rahmen liegen. 
Statt dessen hätten wir die Elementarquadrate (oder die Rhomben) auch mit diagonalen Streifen versehen können. Die Steine passen dann nur in den Rahmen, wenn alle Streifen in die gleiche Richtung zeigen. Tatsächlich erkennt am bei diesem Geduldspiel auch die Streifen der Maserung im Holz, und diese sind im Bild alle waagerecht. Diese zusätzlichen Streifen mit der ausgezeichneten waagerechten Richtung entsprechen einer optischen Polarisation, deshalb werden diese Pentominos gelegentlich auch diagonal polarisierte Pentominos genannt. 

Dass die Situation ganz anders als bei den waagerecht polarisierten Pentominos ist, sieht man schon an deren Anzahlen: Bei den waagerecht polarisierten Pentominos gab es 21 verschiedene, hier sind es 20 Stück. Diesmal gibt es von 8 der 12 Pentominos zwei Varianten, von den übrigen vier nur eine. Diese vier sind die mit einer Symmetrieachse parallel zu einer Kante, also die Pentominos I, T, U und X.

Diese 20 Pentominos bestehen aus 100 Elementarrhomben. Die Primfaktorzerlegung von 100 ist 2*2*5*5, wir können also versuchen, große Parallelogramme (statt Rechtecke) mit den Seitenlängen 4x25, 5x20 (sowohl im Hoch- wie im Querformat) und 10x10 mit diesen Pentominos zu füllen. Das folgende Bild zeigt zwei Parallelogramme der Größe 5x10:

Außer den Parallelogrammen gibt es noch viele andere lösbare Aufgaben mit anderen Formen. Neben dem Beispiel im Foto oben gibt es noch mehr "Rhomben" mit gezackten Rändern [1] für die allerdings nicht alle Steine benötigt werden.

Allerdings gibt es viel weniger Lösungen, diese Aufgaben sind dadurch wesentlich schwieriger.

Noch eine Bemerkung zu den Farben der hölzernen Pentominos: Im Bild oben bestehen diese aus drei verschiedenen Farben, es gibt auch Varianten mit vier Farben. Aber immer haben in der Ausgangskonfiguration die Kanten benachbarter Pentominos verschiedene Farben. Zwar sagt uns das Vierfarben-Theorem [2], dass es mit vier Farben immer klappen muss, nicht aber mit drei Farben. Man könnte versuchen, auch bei ähnlichen Geduldspielen sie Steine entsprechend einzufärben.

Hersteller:  Siebenstein Spiele
Shopping: Lieferbar, Preis ca.30€

Mehr Infos:

Übersicht: Pentominos in rechteckige und andere Rahmen packen

Die 12 Pentominos sind die Klassiker unter den Legespielen aus zusammengesetzten Quadraten. 



Die 12 Pentominos

Man kann jeweils fünf Quadrate zu genau 12 verschiedenen Figuren verbinden, wenn einzelne Quadrate jeweils entlang von Kanten verbunden werden. Aus jeweils 60 Elementarquadraten kann man viele Flächen vorgeben, die dann mit den Pentominos gefüllt werden sollen. Es sieht einfach aus, ist aber oft viel schwieriger als erwartet.


Die 12 Pentominos im rechteckigen Rahmen

Die Pentominos werden in einem rechteckigen Rahmend (meist in der Größe 6x10) geliefert. Dazu gibt es einen Aufgabenzettel mit einigen Aufgaben, manchmal sind auch Lösungen dabei. Ein solches Geduldspiel ist immer der Anfang. Ist das Interesse geweckt, freut man sich über mehr Herausforderungen und theoretische Hintergründe, die dort aber nicht mitgeliefert werden.  

Pentominos mit zusätzlichen Eigenschaften

Normalerweise darf man Pentominos bei der Benutzung um 90 Grad drehen und auch wenden. Dies kann man verhindern, indem man ihre Form leicht verändert oder die Pentominos färbt. Solche zusätzlichen Eigenschaften sind: Einseitig gefärbte Pentominos, waagerecht gestreifte Pentominos, verzerrte Pentominos, Steine mit Schachbrettmuster. Dann gibt es auch mehr als 12 verschiedene Pentominos.


Aufgaben mit einem zusätzlichen Stein

Nimmt man zu den 12 Pentominos als zusätzlichen Stein ein 2x2-Quadrat hinzu, dann bestehen die Steine aus insgesamt 64 Elementarquadraten und man kann z.B. ein quadratisches 8x8-Schachbrett mit den Steinen zu füllen versuchen.

Unlösbare Aufgaben

Findet selbst der Computer keine Lösung, kann man versuchen, die Unlösbarkeit zu beweisen. Hilfreich sind manchmal Färbungen oder die besondere Untersuchung von Rändern 


3D-Pentominos

3D-Pentominos entstehen aus den zweidimensionalen Pentominos, indem man sie mit einer Höhe von einer Einheit fertigt. Sie entstehen damit aus je fünf Elementarwürfeln statt aus fünf Elementarquadraten.


Aufgaben mit einem zusätzlichen Stein

Auch hier kann man einen Stein der Größe 1x2x2 hinzunehmen. Dann verfügt man insgesamt über 64 Elementarwürfel und kann beispielsweise versuchen, einen 4x4x4-Würfel zusammenzusetzen.


Rahmen mit reduzierten Öffnungen

Hier ist die Box für die Pentominos auf allen Seiten geschlossen und es gibt an den Seiten nur sparsame Öffnungen, durch welche die Box befüllt werden soll. Eventuell müssen Steine im Inneren der Box gedreht werden.


Bücher über Pentominos

Die Informationen über Pentominos sind so umfangreich, dass sie ganze Bücher füllen. Da dort auch Pentominos (meist aus Pappe) beiliegen und man sofort loslegen kann, gehören sie ebenfalls zum Blog.

54 S Puzzle

Dies ist eine Abwandlung des 54 T Puzzles, statt T-Tetrominos werden hier aber S-Tetrominos verwendet. Die Aufgabe besteht also darin, 54 S-Tetrominos in eine 6x6x6-Kiste zu packen. Da dieses Geduldspiel gerade nicht im Handel ist, hier eine 3D-gedruckte Variante. Details zum Selberdrucken gibt es unten.



Schwierigkeit: Das Geduldspiel ist knifflig, sogar kniffliger als das 54 T Puzzle. Es kommt beim Packen zwar nicht auf die Reihenfolge der Steine an, aber trotzdem sollte man planvoll vorgehen. Man könnte es schichtenweise versuchen und zunächst eine 1x6x6-Schicht zusammenfügen, um dann sechs solche Schichten übereinander zu legen. Das ist aber leider unmöglich, ebenso lassen sich keine Teilquader der Größe 2x6x6 oder 3x6x6 zusammenbauen. 

Der Würfel der Größe 6x6x6 ist eine sogenannte prime Box, lässt sich also nicht vollständig in kleinere füllbare Quader zerlegen. Unten finden Sie die Liste der primen Boxen, die sich mit den maximal 54 S-Tetrominos füllen lassen. Dies sind zusätzliche Aufgaben, die uns leider nicht helfen. Beim 54 T puzzle waren wir in einer komfortableren Situation. 

Hier die zusätzlichen Aufgaben:

Aufgabe 1: Setzen Sie die folgenden Quader zusammen (siehe die Liste [1] von Michael Reid)!
  • aus 8 S-Stücken einen 2x4x4-Quader, 
  • aus 10 S-Stücken einen 2x4x5-Quader, 
  • aus 30 S-Stücken einen 2x6x10-Quader.
Aufgabe 2: Zeigen Sie, dass sich aus 9 T-Stücken kein 3x3x4-Quader zusammensetzen lässt. 

Shopping: Nicht lieferbar.

3D-Druck: Das S-Tetromino finden Sie (zusammen mit anderen Tetrominos) an mehreren Stellen im Web, z.B. bei Thingiverse oder Printables. Oder schnell selbst in der gewünschten Größe modellieren mit PuzzleCAD.

Mehr Infos:
[1] Michael Reid: cflmath.com/Polyomino


16.10.24

DianSheng Ufo / zweiseitiger Doppelpyramidenstumpf

Der Pyramidenstumpf entsteht aus einer Pyramide, indem man die Spitze in einer gewissen Höhe waagerecht abschneidet. Bei einem zweiseitigen Doppelpyramidenstumpf passiert dies an beiden Spitzen

Genau dies ist hier passiert, die Steine an den Spitzen (oben und unten) und ihre jeweils drei Nachbarn wurden abgeflacht. Das folgende Foto enthält zum Vergleich die Doppelpyramide, den einseitigen Doppelpyramidenstumpf und den zweiseitigen Doppelpyramidenstumpf. 


Schwierigkeit: Vergleichbar mit dem klassischen 3x3x3-Würfel. Durch die schrägen Schnitte wird sich bei Drehungen die Form verändern und einzelne Steine werden hervortreten. 

Ähnliche Geduldspiele: Es gibt die nichtbeschnittene Doppelpyramide auf der Basis des 3x3x3-Würfels, aber auch auf der Basis des 4x4x4-Würfels. Außerdem kann man nur eine Spitze abschneiden und erhält den DianSheng Diamond.

Hersteller:  DianSheng
Google: DianSheng Shaped Magic Cube

Shopping: Lieferbar, Preis ca. 5-10€.

DianSheng Diamond / einseitiger Doppelpyramidenstumpf

Der Pyramidenstumpf entsteht aus einer Pyramide, indem man die Spitze (hier die untere Spitze) in einer gewissen Höhe waagerecht abschneidet. 


Genau dies ist hier passiert, der Stein an der unteren Spitze und seine drei Nachbarn wurden abgeflacht. 


Diese Änderung der äußeren Form hat nur minimale Auswirkungen auf den Lösungsalgorithmus und ist eher kosmetischer Natur.

Schwierigkeit: Vergleichbar mit dem klassischen 3x3x3-Würfel. Durch die schrägen Schnitte wird sich bei Drehungen die Form verändern und einzelne Steine werden hervortreten. Gewöhnungsbedürftig ist wieder die Eigenschaft, dass es mehrere gleichfarbige Paare von benachbarten Seiten gibt, hier besteht Verwechslungsgefahr. 

Ähnliche Geduldspiele: Es gibt die nichtbeschnittene Doppelpyramide auf der Basis des 3x3x3-Würfels, aber auch auf der Basis des 4x4x4-Würfels. Außerdem kann man auch beide Spitzen abschneiden und erhält das DianSheng Ufo.

Hersteller:  DianSheng
Google: DianSheng Shaped Magic Cube

Shopping: Lieferbar, Preis ca. 5-10€.

Horton's Wire Puzzles No. 24