4.1.25

Chain Links

Der Name des Puzzles soll daran erinnern, dass die drei Puzzleteile an Kettenglieder ähneln, die sich in ihrer Form leicht unterscheiden.

Aus diesen drei Steinen soll eine flache symmetrische Figur gelegt werden, ohne dass die Steine sich irgendwie überlappen.

Abb. von nothingyetdesigns.com mit freundlicher Genehmigung

Die Steine sind aus lasergeschnittenem Acryl.

Schwierigkeit: Mittelschwer. 

Ein schönes kleines Puzzle für zwischendurch, um die Übung nicht zu verlieren. Hier wird das geometrische Vorstellungsvermögen geschult. Wie viele Lösungen finden Sie?

 

Design:  Oleg Smol'yakov (Gelo)
Hersteller:  NothingYet Designs

Google: Chain Links symmetry puzzle
Shopping: Lieferbar, Preis ca. 5€

Thin LiZZy

Der Titel des Puzzles ist ein Wortspiel mit der gleichnamigen irischen Rockband, aber hervorgehoben durch Großbuchstaben sind LZZ, und aus diesen Pentominos besteht das Symmetrie-Puzzle.

Aus diesen drei Pentominos soll also eine flache symmetrische Figur gelegt werden, ohne dass die Steine sich irgendwie überlappen.

Foto von nothingyetdesigns.com mit freundlicher Genehmigung

Die Steine sind aus lasergeschnittenem Acryl.

Es gibt sogar zwei verschiedene Lösungen. Können Sie beide finden?

Schwierigkeit: Verblüffend schwierig. 

Thin LiZZy ist nicht mit bei den Symmetrie-Puzzles aus Pentominos verzeichnet, da hier ein Pentomino doppelt verwendet wird, sonst aber alle Pentominos verschieden sind.

 

Design:  Alexander Magyarics
Hersteller:  NothingYet Designs

Shopping: Lieferbar, Preis ca. 5€

Symmetrie-Puzzles aus Pentominos

Für diese Symmetrie-Puzzles sind keine neuen Anschaffungen nötig, wenn Sie bereits einen Satz Pentominos besitzen. Für die einfachsten Aufgaben benötigen Sie nur jeweils zwei Pentominos, später auch mehr.

Die Aufgabenstellung ist jeweils dieselbe: Legen Sie die gegebenen Steine flach auf den Tisch, so dass sie eine symmetrische Form bilden. Die Steine dürfen sich dabei nicht überlappen. Hier ein Beispiel aus P- und Y-Pentomino. Wir nennen diese Aufgabe kurz P+Y:

Hier eine Lösung: Die zusammengesetzte Figur ist spiegelsymmetrisch bezüglich der mittleren senkrechten Linie. 


Vielleicht gibt es auch mehrere Lösungen. Hier eine zweite Lösung für dieselbe Aufgabe. Auch diese Figur ist spiegelsymmetrisch bezüglich der mittleren senkrechten Linie, aber diesmal verläuft die Symmetrieachse nicht parallel zu einer anderen Kante, sondern in einem Winkel von 45 Grad.

Es gibt sogar noch eine dritte Lösung. Können Sie diese finden?

Hier einige weitere Aufgaben aus zwei Pentominos. Für welche der folgenden Aufgaben können Sie mehr als eine Lösung finden? 

Aufgaben mit zwei Pentominos

Diese Aufgaben sind meist einfach und können von fortgeschrittenen Puzzlern auch blind (also ohne Steine, nur im Kopf) gelöst werden. Versuchen Sie es! Allerdings wird es viel schwieriger, wenn Sie alle Lösungen finden wollen, ohne deren Anzahl zu kennen.

  1. F+T
  2. F+W (mehrere Lösungen)
  3. L+U
  4. L+Y
  5. N+V (mehrere Lösungen)
  6. N+Y (mehrere Lösungen)

Aufgaben mit drei Pentominos

Hier wird es schwieriger. 
  1. F+T+W
  2. F+N+P
  3. F+N+W
  4. F+N+Y
  5. N+P+T
  6. N+P+V
  7. N+U+W
  8. P+T+W
  9. P+W+X (mehrere Lösungen)
  10. T+W+Y

Mehr als drei Pentominos:

Das folgende Bild zeigt eine Lösung für das Symmetrie-Puzzles aus den vier Pentominos F+L+T+Y:


Diese Lösung ist rotationssymmetrisch, sie bleibt bei Drehung um 180 Grad unverändert. Finden Sie eine weitere Lösung für diese vier Pentominos?

Aufgaben mit mehr als drei Pentominos:

  1. I+N+W+Z
  2. F+L+P+Y
  3. F+L+T+Y
  4. F+N+W+X
  5. F+P+W+X
  6. F+P+X+Z
  7. I+L+N+T
  8. I+L+W+Z
  9. I+N+P+W
  10. I+P+T+V

Mehr Info:

[1] https://www.cs.cmu.edu/~wjh/papers/hexclass.html

1.1.25

Pentomino-Zwillinge: Kongruente Paare

Hier ein völlig anderer Typ von Aufgaben für Pentominos. Sie haben hoffentlich die passenden Steine zur Hand.

Vor Ihnen liegen zwei Paare von Pentominos, beispielsweise das P- und das Y-Pentomino sowie das L- und das W-Pentomino .Die Aufgabe besteht darin, aus beiden Paaren identische Bilder zu legen (wir schreiben kurz P+Y = L+W). In Anlehnung an die Tangram-Zwillinge sollen diese Pentomino-Zwillinge heißen.

Die Herausforderung besteht darin, dass über die Form des zu legenden Bildes nichts bekannt ist. Die Situation ist also komplizierter als bei Ubongo, denn dort sind die zu legenden Formen bekannt. Es ist trotzdem gar nicht so schwer, hier ist die Lösung:

Das war ganz einfach? Dann versuchen Sie es nochmal mit denselben Steinen, aber anderer Paarung: P+L = W+Y? Auch diese Aufgabe ist lösbar.

Schwierigkeit: Für Pentomino-Zwillinge aus jeweils zwei Pentominos leicht bis höchstens mittelschwer. Falls Sie ein gutes geometrisches Vorstellungsvermögen haben, können Sie versuchen, die Aufgaben blind (also im Kopf und ohne Spielsteine) zu lösen. Pentomino-Zwillinge aus jeweils drei (oder noch mehr) Pentominos sind echt schwer. Beispielaufgaben finden Sie ganz unten.

Zunächst suchen wir nach noch mehr derartigen Aufgaben. Bereits S. Golomb hatte in seinem Buch [1] einige derartige Aufgaben. Viel mehr findet man in der systematischen Untersuchung von W.J. Hansen aus dem Jahr 1991 [2].

Hier eine kleine Zusammenstellung. Lösen Sie die folgenden Aufgaben:

  1. F+Y = L+X
  2. N+P = V+W 
  3. F+P = N+P = P+V = U+X
  4. L+N = L+P = P+U = V+Z 
  5. F+L = T+Y
  6. I+L = N+V = T+Y 
  7. L+P = I+T
  8. F+U = P+V = L+P = P+T = P+Z = U+Y
  9. F+P = N+P = P+V
  10. N+Z = P+T
  11. L+P = P+W 
  12. L+W = P+Y

Wenn wir die Zwillinge aus jeweils drei (oder mehr) Pentominos zusammensetzen, dann wird es viel schwieriger. Erst einmal ein Beispiel: F+P+Y = T+U+X


Hier einige weitere Aufgaben:

  1. F+T+Y = L+N+U = F+N+V = P+U+X
  2. P+U+V = F+P+U = P+U+Y = L+N+V = L+T+Y
  3. F+U+X = P+T+Z
  4. F+U+X = P+W+Z
Und mit jeweils vier Pentominos wird es ganz kompliziert. zuerst wieder ein Beispiel: F+P+W+Y = U+V+X+Z


Auch hierzu einige Aufgaben:
  1. F+T+W+Z = L+N+P+U
  2. F+P+V+X = N+W+Y+Z
  3. F+N+V+Z = P+U+W+X
  4. F+V+X+Z = N+P+T+W

Dieser Typ von Aufgaben ist wichtig für die Lösung größerer Polyomino-Aufgaben, wenn man die Substitutionsmethode anwenden möchte. 

Mehr Info:

[1] Solomon W. Golomb: Polyominoes: Puzzles, Patterns, Problems, and Packings - Revised and Expanded Second Edition (Princeton Science Library), 1996
[2] W.J. Hansen: Equivalence Classes Among Pentomino Tilings of the 6x10 Rectangle, 1991

Lösungsstrategien für Polyformen 2: Substitution

Im ersten Teil dieser Reihe haben wir versucht , die Steine eines Polyformpuzzles mit Hilfe einer (gefühlten oder gemessenen) Nützlichkeit zu ordnen und zuerst die am wenigsten nützlichsten Steine zu benutzen. Dies entspricht der Eröffnung aus dem Schachspiel. Hier wollen wir uns dem Äquivalent des Endspiels widmen: Wie bringt man die allerletzten Steine unter? 

Teil 2: Die Substitutionsmethode für die letzten Steine

Zunächst wollen wir uns dem allerletzten Stein bei den Pentominos zuwenden: Elf der zwölf Steine befinden sich im Rahmen, und die fünf freien Elementarquadrate haben auch die Form eines Pentominos. Allerdings passt die Lücke nicht für das zwölfte Pentomino, sondern wir haben das fehlende Pentomino bereits verbaut. Diese Konfiguration soll in diesem Post als Beinahe-Lösung bezeichnet werden.

Wenn Sie jetzt aus Verzweiflung alle Steine wieder auf den Tisch schütten und es noch einmal von vorn versuchen, dann haben Sie vielleicht eine Chance verpasst: Vielleicht wäre die Beinahe-Lösung mit geringem Aufwand zu reparieren gewesen? Hier kommt die Substitutionsmethode ins Spiel. Sie besteht aus zwei Schritten. Die Ausgangssituation ist folgendermaßen: Die Beinahe-Lösung enthält eine Lücke in Form eines Steins A, zur Verfügung steht aber nur ein anderer Stein B.

Schritt 1: Entferne einen Stein C neben der Lücke, so dass sich die Lücke vergrößert. Prüfe, ob jetzt die beiden Steine B und C in die vergrößerte Lücke X passen. Falls ja, ist das Puzzle gelöst.

Beispiel 1: In der abgebildeten Situation haben wir eine Lücke in Form eines Y-Pentominos, der letzte vorhandene Stein ist ein F-Pentomino. Wir können die Situation aber retten, indem wir das neben der Lücke befindliche U-Pentomino entnehmen. Die entstandene größere Lücke können wir mit U und F füllen. Geschafft!

Falls dieser Schritt nicht zum Ziel führt, führe vorher eine Substitution aus: 

Schritt 2: Entferne den Stein A und füge ihn in die Lücke ein. Jetzt haben wir eine Situation wie vorher, nur dass sich Lücke in Form des Steins A an anderer Stelle befindet und wir immer noch den Stein B übrig haben. Aber wir können wieder Schritt 1 ausführen.

Beispiel 2: Nehmen wir eine andere Ausgangssituation. Angenommen, wir starten mit der unten abgebildeten Situation. Wieder  haben wir eine Lücke in Form eines Y-Pentominos, der übrige Stein ist das F-Pentomino. Der Trick aus Schritt 1, indem wir W oder Z herausnehmen, hilft an dieser Stelle nicht. Aber wenn wir zunächst die Lücke in Form eines Y mit dem Y-Pentomino füllen, haben wir die Situation auf die obige Situation aus Schritt 1 zurückgeführt und können alle Steine einfügen.


Falls wir wieder nicht zum Ziel kommen, können wir leider denselben Trick nicht noch einmal machen. Aber vielleicht können wir den Stein A in einer anderen Position in der großen Lücke einfügen, so dass eine kleine Lücke für einen anderen Stein als B bleibt. Dann können wir wieder Schritt 2 anwenden.

Wenn wir so gar nicht weiterkommen, können wir in Schritt 1 auch zwei oder mehr Steine entfernen und uns so noch viel mehr Möglichkeiten verschaffen. Wichtig ist, dass wir jetzt immer nur eine relativ kleine ungefüllte Lücke haben und nur wenige Steine bewegt werden müssen. Der Erfolg der Methode ist nicht garantiert, da man oft mehrere Möglichkeiten hat und sich für eine entscheiden muss. Im schlimmsten Fall kann man auch in einer Sackgasse landen und man hat keine weiteren Optionen. Aber verblüffend oft führt diese Strategie zum Ziel.

Dieses Vorgehen lässt sich auch gut auf den Computer übertragen. Im obigen Beispiel benötigt man ein Verzeichnis der möglichen größeren Lücken für zwei Steine sowie Paare von Steinen, die diese Lücke füllen. Beispielsweise lässt sich die Lücke

füllen durch jedes der folgenden Paare von Pentominos: F+U, L+P, P+T, P+V, P+Y, P+Z und U+Y. Daraus lassen sich jetzt die möglichen Substitutionen ableiten. Finden wir in der Lücke z.B. ein U-Pentomino, dann finden wir im Verzeichnis die folgenden Paare mit einem U: F+U und U+Y. Das bedeutet, dass wir in dieser Lücke ein F gegen ein Y substituieren können und umgekehrt. Genau das haben wir im Schritt 1 getan.

Diese Methode lässt sich genauso bei anderen Polyominos (und anderen Polyformen) verwenden, ein Beispiel für Hexominos findet sich bei [1].

Mehr Infos:

[1] polyominoes.blogspot.com/...

29.12.24

Mephisto lösen mit SMT-Solver

Wie lässt sich ein Geduldspiel wie Mephisto mit dem Computer analysieren? Wir wollen wieder einen SMT-Solver verwenden, um möglichst wenig Programmieraufwand in das spezielle Geduldspiel zu investieren und statt dessen dem Solver möglichst die ganze Arbeit zu überlassen, die vielen Möglichkeiten für Lage, Orientierung und Reihenfolge der Streifen durchzuprobieren.

Für den SMT-Solver können wir das Spiel wie folgt beschreiben:

  • Das Spiel besteht aus 10 Streifen (nummeriert von 0 bis 9) der Länge 5, jeder entspricht einer Liste der Länge 5 mit Elementen Quadrat, Kreis und Stern. Diese tragen jeweils ein Vorzeichen (+ oder -) entsprechend der Orientierung auf dem Streifen. Entsprechend seiner Lage kann jeder Streifen 4 Orientierungen annehmen (gedreht um 180 Grad bzw. gewendet) 
  • Dazu gibt es einen zunächst leeren Rahmen Größe 2x5x5, der die Streifen aufnehmen soll. Er hat 10 Positionen für die Streifen (waagerecht in der unteren Schicht, senkrecht in der oberen)
  • Die Positionen der Streifen im Rahmen werden nummeriert von 0 bis 9, dazu die verwendete Orientierung (nummeriert von 0 bis 3).

Nach der Beschreibung des Spiels erfolgt die Beschreibung einer Lösung:

  • Jeder Streifen hat eine Position und eine Orientierung Rahmen. 
  • Die Nummern der verwendeten Streifen sind alle verschieden. Damit wird gleichzeitig erreicht, dass alle Streifen verwendet werden (und nicht z.B. einer doppelt und ein anderer gar nicht).
  • Übereinaderliegende Elementarquadrate tragen die gleichen Symbole in der gleichen Orientierung. 
Das ist schon ausreichend, um den SMT-Solver (hier: Z3Py, das ist der SMT-Solver Z3 mit einem Interface zu Python) zu benutzen.

Jetzt können wir gespannt sein, wie viele Lösungen ermittelt werden und in wieweit diese wirklich verschieden sind.

SMT-Solver-Info: Z3 liefert 64 verschiedene Lösungen, die aber alle Varianten derselben Lösung sind: Wir können ein gelöstes Spiel auf 16 Arten in den Rahmen packen: Möglich ist eine Rotation um 90 Grad (4 Möglichkeiten), das Wenden jedes Steins an seiner Position (2 Möglichkeiten) sowie das Vertauschen der oberen und der unteren Schicht (2 Möglichkeiten). Außerdem sind zwei der 10 Steine spiegelsymmetrisch, diese können diese können zusätzlich einzeln gewendet werden (2*2 Möglichkeiten). Dies sind die 64 gefundenen Lösungen.

Hier die zwei symmetrischen Steine:




Mephisto

Vor uns liegt ein zweietagiges Legespiel mit einem Rahmen der Größe 5x5. Dazu gibt es zehn Streifen der Größe 1x5, die in zwei Schichten, eine waagerecht und eine senkrecht, in den Rahmen gelegt werden sollen. Schwierig wird es dadurch, dass die Streifen in jedem Elementarquadrat Symbole (Kreis, Quadrat oder Stern) enthält. Und zwar jeweils zwei gleiche Symbole entlang einer Diagonale.

Die Streifen sind aus klarem Acryl, so dass man auch das Muster auf den unteren Streifen erkennt. Die Aufgabe besteht darin, die zehn Streifen so anzuordnen, dass in jedem Elementarquadrat viermal das gleiche Symbol zu erkennen ist. Damit müssen sowohl die Symbole in übereinanderliegenden Elementarquadraten übereinstimmen wie auch die Orientierung der Diagonalen passen.

Schwierigkeit: Schwer, da sich auf den ersten Blick kein systematischer Zugang anbietet und man deshalb systematisch probieren muss. Eine kleine Hilfe, um einen Anfang zu finden, gibt es im Lösungshinweis.

Zusätzliche Aufgabe: Falls man das Geduldspiel ohne Anleitung vorfindet, könnte man die Idee haben, dass stets zwei identische Symbole übereinander liegen müssen, man also jeweils auf den Boden des Rahmens hindurchschauen kann. Auch dies ist lösbar.

Frage: Ist diese Aufgabe prinzipiell anders oder hängen beide Lösungen irgendwie zusammen? 

 

Design:  Jürgen Reiche
Hersteller: Siebenstein Spiele

Google:
Mephisto Siebenstein
Shopping: Lieferbar, Preis ca. 25€

28.12.24

Kaleidoscope Optical Illusion Puzzle / Kaleidoskop

Kategorie: Größere quadratische Legespiele

Dieses 4x4-Legespiel gehört zur Reihe Professor McBrainy's Zany von Lagoon und hat eine etwas andere Bildgestaltung als üblich. Die quadratischen Karten wurden durch die Diagonalen geviertelt. Und in jedem der Viertelquadrate befindet sich ein Bild, welches an optische Illusionen erinnert oder an ein Bild welches man durch ein Kaleidoskop gesehen haben könnte. Alle Bilder setzen sich aus Linien oder Gittern zusammen, welche systematisch verzerrt wurden.

Gesucht ist eine Anordnung der Karten, bei der immer gleiche Viertelquadrate aneinanderstoßen. Als 4x4-Anlegespiel ist es sicher schwieriger als vergleichbare 3x3-Spiele wie Schlaumeier und ähnlich schwer wie andere Legespiele aus dieser Reihe. 

Die abgebildete Anordnung der Karten lässt sich leider nicht vervollständigen.

Schwierigkeit: Sehr schwer, da es nur wenige Lösungen gibt. Zusätzlich sind die Muster etwas unübersichtlich. Auch in dem Bild oben hat sich noch ein Fehler eingeschlichen. Sehen Sie ihn? 

Hersteller:  Lagoon, Reihe McBrainy's Zany
Erscheinungsjahr: 2001

Google: Kaleidoscope Optical Illusion Puzzle, 
Lagoon Puzzle McBrainy's Zany
Shopping: Vereinzelt gebraucht lieferbar.


Technischer Steckbrief:
4x4 Edge Matching Puzzle

Kaleidoscope

Karten doppelt vorhanden? 3 Paare
Orientiertheit der Karten -
Anzahl Lösungen 3
davon orientiert -
Anzahl Karten mit 4 Mustern 6
Anzahl Karten mit 3 Mustern 10
Anzahl Karten mit 2 Mustern 0
Schwierigkeit [*] 1.990.579
Fingerabdruck [*] AABC-AABC-AADE-ABBC-ABCE-ACBC-ACBC-ACBF-ACED-BBFC-BCDC-BFCE-BFGC-BFGC-DHFF-EGGH


[*] Schwierigkeit und Fingerabdruck wurden mit dem Online-Solver von A. Keilhauer berechnet.



Schlaumeier

Kategorie: Quadratische 3x3-Legespiele

Sauerkraut ist eine Comicserie aus den 18990ern von Helme Heine, die im ZDF lief. Dazu gab es auch ein Anlegespiel mit vier Figuren aus dem Film. Hier wurde die wenige übliche Variante gewählt: Satt halber Figuren an den Kanten der neun Karten finden wir die kompletten Bilder, und aneinanderstoßende Kanten sollen jeweils gleiche Bilder enthalten. Da es also keinen Unterschied zwischen oberem und unteren Halbbild gibt, sollte das Anlegespiel recht einfach sein. Hier eine nicht ganz gelungene Version des 3x3-Quadrates:

Schwierigkeit: Einfach wegen vieler mehrfach gleicher Karten. Viele Lösungen. 

Hersteller:  Heye
Erscheinungsjahr: 1993

Google: Schlaumeier Legespiel
Shopping: Vereinzelt gebraucht lieferbar.


Technischer Steckbrief:
3x3 Edge Matching Puzzle

Schlaumeier

Karten doppelt vorhanden?2 Karten jeweils dreifach
Orientiertheit der Karten-
Anzahl Lösungen130
davon orientiert-
Anzahl Karten mit 4 Figuren9
Anzahl Karten mit 3 Figuren0
Anzahl Karten mit 2 Figuren0
Schwierigkeit [*]93
Fingerabdruck [*]ABCD--ABCD-ABCD-ABDC-ACBD-ACDB-ADCB-ADCB-ADCB


[*] Schwierigkeit und Fingerabdruck wurden mit dem Online-Solver von A. Keilhauer berechnet.


25.12.24

Heptominos in 8x8-Box


Heptominos entstehen, indem man jeweils sieben Elementarquadrate entlang ganzer Kanten zusammenfügt. Das Vorgehen ist also genauso wie bei Pentominos aus jeweils fünf Elementarquadraten und Hexominos aus jeweils sechs. Die Anzahl der verschiedenen Heptominos ist natürlich größer als bei den 12 Pentominos oder den 35 Hexominos: Es gibt 108 verschiedene Heptominos. 

Und es gibt eine weitere Neuigkeit gegenüber den kleineren Polyominos, erstmals gibt es einen Stein mit einem Loch in der Mitte. Damit können wir niemals ein Rechteck (egal welcher Form) vollständig mit allen Heptominos füllen. Dies trifft dann auch auf alle noch größeren Polyominos zu. Wenn wir uns also einen zu füllenden Rahmen vorgeben, muss dieser auch mindestens so viele Löcher enthalten wie die einzelnen Steine.

Die 108 Heptominos und das zusätzliche Loch belegen 7*108+1=757 Elementarquadrate. Da dies eine Primzahl ist, lassen sich auf diese Weise keine Rechtecke füllen. Wir benötigen mehr Löcher und/oder andere Rahmen.

Besonders interessant wird es, wenn wir insgesamt 12 Löcher zulassen: Dann benötigen wir 768=3*2⁸. Daraus lassen sich viele verschiedene Rechtecke formen, und die Gesamtfläche lässt sich auch in mehrere gleiche Teile teilen. Uns interessieren hier zwölf Quadrate der Größe 8x8. Falls sich ein solches Quadrat mit neun Heptominos füllen lässt, bleibt ein Elementarquadrat frei. Ist das möglich?

Es erinnert an ein Wunder: Ja, wir können die 108 Heptominos in zwölf Teilmengen teilen und aus jeder davon ein 8x8-Quadrat mit einem Loch legen. Wir können sogar erreichen, dass sich das Loch in jedem der Quadrate an der selben Stelle befindet. Diese perfekt Lösung stammt von Patrick Hamlyn [1].



Diese Lösung bietet auch eine elegante Möglichkeit für die Aufbewahrung der 108 Heptominos: Zwölf Schichten übereinander, bestehend aus Quadraten der Größe 8x8 mit jeweils einem Loch. Dazu eine Box in passender Größe.

Im unten angegebenen 3D-Modell werden die Elementarquadrate für die Heptominos mit einer Seitenlänge von 2cm gedruckt. Damit lässt sich nicht nur gut hantieren, sondern die gelegten Muster haben auch eine beeindruckende Größe und lassen sich in einem Bilderrahmen verewigen.

Außer Rechtecken sind auch viele andere Formen möglich. Hier beispielsweise das gezackte Quadrat (manchmal auch Aztekenquadrat genannt) mit Seitenlänge 19, bei dem die vier Ecken sowie die Mitte entfernt wurden.


3D-Druck:  Sie finden die STL-Files in der Sammlung zum Blog auf Thingiverse sowie bei Printables. Die Elementarquadrate haben eine Seitenlänge von 2cm. Damit sind die Steine angenehm groß und das abgebildete Quadrat hat eine beachtliche Seitenlänge von ca. 56.7cm.

Ähnliche Geduldspiele: Die Heptominos haben die gleiche Größe wie die Pentominos und Hexominos, alle diese Steine können also auch zusammen verwendet werden.

Mehr Infos

[1] https://gamepuzzles.com/hpnathan.htm

Pentominos und Hexominos in Box


Mit den Hexominos allein lässt sich nicht einmal ein einziges Rechteck legen (siehe den Post Hexominos), aber Hexominos und Pentominos zusammen sind eine interessante Menge von Steinen. Die 12 Pentominos bestehen aus 60 Elementarquadraten und die 35 Hexominos aus insgesamt 210 Elementarquadraten. Aus diesen insgesamt 270 Elementarquadraten lassen sich viele Rechtecke bilden (z.B. 5x54, 6x45, 9x30, 10x27, 15x18). Die Frage, ob ein 3x90-Rechteck möglich ist, wird im Post Rechtecke der Breite 3 mit Polyominos füllen untersucht.

Uns soll hier jedoch die elegante Aufbewahrung dieser Pentominos und Hexominos interessieren. Wegen der Mischung aus Steinen mit fünf oder sechs Elementarquadraten lassen sich vielleicht auch kleinere Rechtecke füllen, davon benötigen wir dann allerdings mehrere.

Es ist möglich, fünf Rechtecke der Größe 6x9 zu füllen und diese lassen sich prima in einer Box stapeln. Dies wurde vermutlich zuerst von Lewis Patterson [1] gelöst.

Damit dies möglich sein kann, müssen wir zunächst versuchen, die gesamte Menge der Steine in sechs Teile zu zerlegen, die jeweils 54 Elementarquadrate enthalten. Für die 54 Elementarquadrate wollen wir a Pentominos und b Hexominos verwenden. Wir müssen also die Gleichung 54=5a+6b mit positiven, ganzzahligen a und b lösen. Da die Zahlen 54 wie auch 6b durch 6 teilbar sind, muss auch a durch 6 teilbar sein. Dafür kommt nur a=0 oder a=1 infrage. Wir haben Glück, dass auch die Zahl aller Pentominos durch 6 teilbar ist und verwenden für die 54 Elementarquadrate entweder 9 Hexominos (a=0) oder 4 Hexominos und 6 Pentominos. Dies verrät uns allerdings nur die Anzahlen der nötigen Pentominos bzw. Hexominos pro 6x9-Rechteck, aber noch nicht, welche zusammen verwendet werden sollen. Dies ist natürlich die eigentliche Herausforderung.

Die erste Aufgabe besteht darin, alle Steine auszuschütten und die 6x9-Rechtecke für die einzelnen Schichten wieder zusammenzusetzen. Außerdem gibt es unzählige weitere Aufgaben für Pentominos allein oder Hexominos allein sowie für Pentominos und Hexominos zusammen [1].

Will man nur Rechtecke legen, kann man allein durch Zusammenfügen der fünf 6x9-Rechtecke die Rechtecke der Größe 6x45, 9x30 sowie 15x18 (oben im Bild) legen.

Weiterhin lässt sich das 5x54-Rechteck auch in drei Rechtecke der Größe 5x18 zerlegen. Diese kann man zu einem weiteren 15x18-Rechteck zusammenschieben. 

Schwierigkeit: Sind die Steine für die unterschiedlichen Schichten unterschiedlich eingefärbt wie auf den Bildern, so sind die einzelnen Schichten höchstens mittelschwer. Die größeren Aufgaben wie die oben genannten Rechtecke sind ohne eine Hilfe durch die Farben der Steine schwer bis extrem schwer (je flacher das Rechteck, desto schwieriger). Einige wenige Menschen können solche Aufgaben noch ohne Hilfe des Computers lösen. Aber auch Computer werden von derartigen Aufgaben echt gefordert.

3D-Druck:  Sie finden die STL-Files in der Sammlung zum Blog auf Thingiverse sowie bei Printables. Die Elementarquadrate haben eine Seitenlänge von 2cm. Damit sind die Steine angenehm groß und das Rechteck im oberen Bild hat eine Größe von 30cm x 36cm.

Ähnliche Geduldspiele: Die Pentominos und Hexominos haben die gleiche Größe wie die Heptominos, alle diese Steine können also auch zusammen verwendet werden.

Mehr Infos:

Perplexing Pyramid

Bei dieser "Verwirrenden Pyramide" handelt es sich um eine Kugelpyramide der anspruchsvolleren Art. Die Kugelpyramide hat zwar nur...