雖然這個活動都是以國際象棋的棋盤和棋子來說明,但實際上所需要的只是一些方格紙、一支鉛筆和一些國際象棋走法的基本知識。
車的巡回路徑
車的走法與中國象棋中的“車”相同,只能橫走或直走。研究車經(jīng)過棋盤上每個方格一次,然后再回到起點的路徑。這種路徑會形成連續(xù)不斷的回路,可稱為“重返路徑”。圖1和圖2提供兩種走法作為參考。
車走完一次重返路徑,需要改變方向的次數(shù)最少是多少?
如果車的巡回路徑不一定要重返,那么可以只改變14次方向就經(jīng)過每一方格一次。你能找出這條路徑嗎?
車是否可能由某一個角落出發(fā),經(jīng)過每一方格一次,最后到達相對的角落?
王后的巡回路徑
王后可以走對角線,也可以像車一樣直走或橫走,因此所走路徑的變化更多。
在圖3的例子中,王后的巡回路徑是對稱的,由一角落出發(fā),最后到達相對的角落。在圖4的例子中路徑并不對稱,但可以重返。研究一下既對稱又能重返的巡回路徑。
如果允許王后經(jīng)過每一方格的次數(shù)可以超過一次,那么就可以在只改變方向13次的情況下,完成重返巡回路徑。試找出這條路徑。
圖5的王后巡回路徑有一種特性。如果把所經(jīng)過的方格依序給予連續(xù)的整數(shù),以標有S的方格為1開始,那么就會形成一個幻方。請試試看。
象的巡回路徑
象只能沿
解答與分析
車的巡回路徑
要完成重返巡回路徑,至少要改變方向15次,如圖1。一條不必重返的巡回路徑,只要改變方向14次就可以完成,如圖2。
車不可能完成由某一角落到相對角落的巡回路徑。因為例如將車由左下角走到右上角,則向上的位移是7格,向右的位移也是7格,總共有14格的位移;因此在行進時,任何超過這個數(shù)目的向右移動,必定要以向左移動抵銷,向上移動也要以向下移動抵銷。所以,車要到達右上角,經(jīng)過的方格數(shù)一定是偶數(shù)。但完成這個巡回路徑只有63個方格,因此不可能有這樣的巡回路徑。如果車由左下角出發(fā),完成一條巡回路徑,最后可能結(jié)束于哪些方格?
換個角度來看這些問題,可以看成是個8×8的釘板,用一條橡皮圈接觸每一個釘子一次。參閱“5×5的釘板”。
王后的巡回路徑
任何由車所能完成的巡回路徑,王后都可以完成,因此我們將主要討論沿對角線方向移動的巡回路徑。圖3是一個四瓣旋轉(zhuǎn)對稱的重返巡回路徑,可以從中探討許多與數(shù)學有關(guān)的問題。
圖4中的路徑雖然經(jīng)過一些方格兩次,但能在只改變方向13次的情況下,經(jīng)過每一方格。
象的巡回路徑
象從角落的黑色方格出發(fā)后只能朝一個方向移動,因此這個方格不可能出現(xiàn)在象巡回路徑的中途。同理,在任何走黑色方格的巡回路徑中,角落的方格一定是起點或終點。
讓我們由圖5中標有1的方格出發(fā),當象走到2時,只能再走到3或4。假設(shè)象走到3,那么略作思考就可以明白,4只會在最后一步時經(jīng)過,因為只有一種方式能走到4,那就是經(jīng)過5。但我們已經(jīng)討論過,路徑的終點應(yīng)該是在相對的角落,由此可見,不可能完成一條巡回路徑。
如果不能重復經(jīng)過任何方格,則最多能經(jīng)過29個方格。不管怎么走,一定會有至少3個黑色方格無法到達。圖6是一種走法,圖7是經(jīng)過每一個黑色方格最有效的路徑。