在與數(shù)學(xué)有關(guān)的游戲中,有一個歷史非常悠久的問題,那就是研究國際象棋棋盤上馬走過每個方格一次的路徑.許多知名的數(shù)學(xué)家,如德莫弗(De Moivre)、歐拉(Euler)與范德蒙德(Vandermonde)等人,在過去的200年中都研究過這個問題,不過總還是會有新的發(fā)現(xiàn).
圖1是德莫弗對8×8棋盤所作的一種解答,方格中的號碼代表馬的走法.圖2是相同路徑的另一種表示方法.兩者各有其優(yōu)點,你可以自行決定采用哪一種表示法.不論你使用哪一種方法,都會需要很多的方格紙.第二種使用直線連接的表示方法尚未完成,但已經(jīng)顯示出德莫弗解答的策略是,在棋盤上沿一個方向移動,而且盡可能地向外側(cè)靠近.在方格紙上重新繪制圖2,在自己嘗試解題之前,先完成德莫弗的解.
對于這類問題,最好是從較小的棋盤開始,以便先熟悉馬在各方格移動的方法.
顯然在3×3的棋盤上,馬無法走完全程(圖3).從外圈的方格出發(fā),馬可以輕易地走過所有的外圈方格,但無法走到中央的方格;若是從中央的方格出發(fā),馬則無路可走.
那么在4×4的棋盤上,馬是否可能走完全程?
圖4是個錯誤的走法,馬走了4步之后就動彈不得.若你無法走遍所有16個方格,那么在不重復(fù)經(jīng)過任一方格的情況下,最多能走過多少方格?
請研究馬在5×5、6×6、7×7的棋盤上的路徑.
圖5是馬在8×4的長方形棋盤上的路徑.馬是否有可能在更小的長方形棋盤上走完全程?
研究馬在其他形狀的棋盤上的路徑也很有趣.如圖6的形狀,曾被作者誤以為是不可能走完全程的形狀,但其實是可以走完全程的.
言歸正傳,再回到傳統(tǒng)正方形的棋盤.研究此問題的許多數(shù)學(xué)家都試圖找出具有特殊性質(zhì)的解,例如找出馬最后回到起點的路徑.
圖7所示的走法由歐拉所完成.這種路徑稱為“重返路徑”.圖7的解還具有一種更奇妙的性質(zhì),那就是馬先走完一半的棋盤,再走另一半.
請試著在6×6的棋盤上找出重返路徑.
用一種很簡單的方法可以證明,任何奇數(shù)方格的棋盤都不可能有重返路徑.看看你能否找到這個證明方法.
在其他形狀的棋盤上也可能找到重返路徑.可試一試圖9.另一種也是由歐拉所找出的解法,使許多其他人提出的解法相形見繼.那就是馬的路徑可以形成8×8的幻方,即任何行或列(但不包含對角線)的數(shù)字和都等于260,如圖8所示.試著去驗算一下其“魔術(shù)般”的性質(zhì),并研究其路徑的對稱性.根據(jù)馬的走法,也可以設(shè)計出一種有趣的游戲.從5×5的棋盤上的任一方格開始,兩人輪流移動一個馬.移動時不能重復(fù)已經(jīng)走過的方格,走最后一步的人贏.