หลายคนคงรู้จักลูกบาศก์รูบิก ของเล่นฝึกความคิด ที่เป็นลูกบาศก์แบ่งเป็นช่องเล็ก 3*3*3 แต่ละช่องก็มีสีหนึ่งสีจาก 6 สี และบิดไปบิดมา (บางคนก็เรียกกันว่า ลูกบิด แต่เราชอบเรียกว่า THE CUBE ) ยิ่งเล่นยิ่งปวดหัว
มันฝึกการมองภาพสามมิติ และการวางแผน
และที่สำคัญเวลาเราเล่นแล้วมันรู้สึกเท่ห์ เท่ห์เวลามีคนมามองเราปั่นไปมา เหมือนเราอัจฉริยะ (ซึ่งจริงๆ แล้วอาจจะไม่ ฮ่าๆๆๆ)
เอาหละเข้าเรื่องกันดีกว่า เราจะมาพูดถึงคณิตศาสตร์บนลูกบาศก์
บางคนเล่นปั่นไปปั่นมาก็อาจเกิดข้อสงสัยอยู่ว่า เอ้... รูปแบบการสลับสับเปลี่ยนบนรูบิกคิวบ์ นี้มันมีกี่แบบกันน้าาา
ตรงนี้คำตอบของมันคือ 4325200327448956000
วิธีการที่จะหาคำตอบก็คือ ต้องทดลองดูซะหน่อยครับ
ถ้าคนที่มี Rubik's cube อยู่ในครอบครอง ก็ลองเอามันมาแกะทำลายออกมาเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย (คือมันมีวิธีแกะของมันนะครับ อย่าใช้แต่กำลังอย่างเดียวมันกลับเดี๋ยวมันคือนสภาพเดิมไม่ได้) เราจะพอรู้ว่ามันประกอบจากชิ้นส่วนสามประเภท นั้นคือ แกนกลาง 1 ชิ้น ชิ้นส่วนมุม 8 ชิ้น ชิ้นละสามสี ชิ้นส่วนขอบ 12 ชิ้น ชิ้นละ 2 สี
และลองประกอบเป็นลูกเข้าเหมือนเดิม ให้สีเดียวกัน อยู่ด้านเดียวกันให้หมด จะสังเกตได้ว่าเราจะประกอบได้เพียงวิธีเดียว และถ้าเราลองสลับชิ้นส่วนที่เป็นด้านให้ผิดไปหนึ่งชิ้น และทดลองใช้วิธีการบิดให้กลับมาอยู่ในหน้าปกติอย่างเดิม จะเห็นว่ามันทำไม่ได้ (ต่อให้เป็นเซียนเก่งระดับโลกอย่างไงก็ทำไม่ได้) ต่อมาลองสลับส่วนที่เป็นด้านให้ผิดไป สองด้านมันจะบิดกลับมาเป็นรูปปกติได้ พอสามด้านก็จะกลับมาไม่ได้ และเป็นสลับกันไปเรื่อยๆ แบบนี้
ถ้าเราลองประกอบส่วนที่เป็นด้านแบบมั่วๆ มันก็จะมีโอกาสเพียง 1/2 เท่านั้นที่จะกลับคือแบบปกติได้ (จริงๆแล้วมันมีวิธีการใช้ทฤษฏี Vector ในการพิสูจน์ปัญหานี้แต่ด้วยความขี้เกียจของคนแต่ง อุ่ย...ไม่ใช่ ด้วยความกลัวว่าจะอ่านแล้วไม่เข้าใจกัน)
ว่าแล้วก็ลงมือคำนวณครับ
ชิ้นส่วนที่เป็นด้านมีอยู่ 12 ชิ้น แต่ละชิ้นประกอบคืนได้ 2 แบบ (เพราะมีสองด้าน) ก็ได้ 2^12 และนำมาสลับตำแหน่ง เหมือนกับสลับในแนวเส้นตรง ได้ 12! วิธี แต่มีเพียง 1/2 ที่ประกอบคืนได้ สรุปแล้วได้ (2^12*12!)/2
ทีนี้เราจะมาดูที่ชิ้นส่วนที่เป็นมุมบ้าง ถ้าเราเผลอทำชิ้นส่วนที่เป็นมุมหลุดแล้วประกอบใหม่ มันจะประกอบได้ตั้งสามแบบ แต่จะมีเพียงแบบเดียวที่สามารถกลับมาเหมือนเดิมได้ ส่วนมุมนี้จะคล้ายกับด้านแต่มันยากกว่า เพราะจะมี ถูก, ผิดแบบที่ 1, ผิดแบบที่ 2 ต่อการต่อมันแต่ละชิ้น
ถ้าเราต่อมันมั่ว ทัง 8 ชิ้น แล้วโอกาสที่จะบิดคืนได้ก็จะมีแค่ 1/6
ว่าแล้วเราก็ลงมือคำนวณอีกครั้ง
ชิ้นส่วนที่เป็นมุมมีอยู่ 8 ชิ้น แต่ละชิ้นประกอบคืนได้ 3 แบบ (เพราะมีสามด้าน) ก็ได้ 3^8 วิธี และนำมาสลับตำแหน่ง เหมือนกับสลับในแนวเส้นตรง ได้ 8! วิธี แต่มีเพียง 1/6 เท่านั้นที่ประกอบคืนได้ สรุปแล้วได้ (3^8*8!)/6
รวมกันทุกชิ้นส่วน(คงไม่ต้องสนใจส่วนที่เป็นแกนกลางเพราะไงก็คงสับเปลี่ยนไปไม่ได้)
((2^12*12!)/2 )*((3^8*8!)/6)=4325200327448956000 แบบที่สามารถบิดกลับคืนได้
เรื่องราวของ Rubik เพิ่มเติม
อัพเดทกันหน่อย (2008) แค่ 25 ครั้งก็แก้รูบิคได้ทุกแบบแล้ววว
อัพเดทล่าสุด (2010) แค่ไม่เกิน 20 ครั้งก็แก้ได้ทุกรูปแบบแล้ว
วันอาทิตย์ที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2553
บทความที่ได้รับความนิยม
-
ผมรู้จักเกมคณิตศาสตร์ อยู่เกมหนึ่ง เป็นเกมที่พวกผมเรียกกันง่ายๆว่า เกมนับต่อ เป็นเกมเล่นง่าย แข่งขันกันระหว่างคนสองคน มานับเลขแข่...
-
อสมการวิชาที่ว่าด้วยเรื่องความไม่เท่าเทียม พอได้เริ่มศึกษาไปลึกๆ ก็จะพบว่ามันมีทฤษฏีอะไรให้ได้รู้ได้เรียนกันมาก ไม่ได้มีแค่อสมการ...
-
ตั้งแต่เรียนวิชาคณิตศาสตร์มา ผมเองรู้สึกว่าวิชา ตรีโกณมิติ นี้มีสูตรอะไรมากที่สุดแล้ว เรียนกันตั้งแต่ ม.2 ม.3 ม.5 ม.6 เรียกได้ว่าตั...
-
ถ้าเราเอาเลขประจำตัวประชาชนของใครก็ได้ออกมา(ไม่เชื่ออย่าลบหลู่นะ) แล้วลองทำตามนี้ 1.) เอาตัวเลขหลักแรกคูณ 13 ตัวเลขหลักที่สองคูณ 12 ตัวเลขห...