在這個活動中,你需要一個立方體。兒童玩的積木就很理想,也可以用一塊方糖,或是用紙板做一個立方體。在立方體的一面寫上字母A,并將它放在一張方格紙上,方格的大小與立方體一面的面積相同,如圖所示。請先找出方格紙上的哪些方格,在立方體滾動到它們的位置時,會使標示A的一面再度朝上,且A的方向與原來的方向相同。
例如,將立方體向右滾動4次后,它會在原來的位置右邊第四個方格上,再度朝向原來的方向。這4次滾動,可以記作R4或R4。如果你能設計一種用簡單符號記錄滾動過程的方法,對分析問題是很有幫助的。
當你覺得自己已掌握了訣竅,知道如何滾動,以及如何有效地滾動之后,請嘗試重排如前圖所示的5個立方體。它們原來的次序是WARTS,請將它們排成STRAW。
解答與分析
假設這個立方體是放在國際象棋棋盤的黑色方格上,那么它可以滾動到任何其他的黑色方格,而使A仍朝向正確方向,但是滾動到任何白色的方格卻不行。
用R、L、U、D代表立方體朝右、左、上、下等方向滾動,那么經(jīng)過下列的6次滾動,立方體就可以到達右邊最接近原來位置的黑色方格(圖1):
U→U→R→D→D→R
這個滾動次序也可以簡記成U2RD2R。這個結(jié)果無法以更少的滾動次數(shù)獲得。不過,也有其他的滾動方式,如LU2R3D2、D2R3U2L或LD2R3U2,但都需要滾動8次。因此,通過不斷的重復,立方體應該可以到達同一行的任何黑色方格,同樣的道理,也可以到達同一列的任何黑色方格。為了使立方體能到達所有的黑色方格,我們必須找出某種滾動次序,使它能滾動到對角線方向最鄰近的黑色方格。這可以通過RULURD的滾動次序來完成,如圖2所示,一共滾動6次,或者以相反的次序DRULUR滾動也可以。
下面是將立方體滾動到圖3上標示1~12的位置,滾動次數(shù)最少的方式。由此也可以很明顯地看出,立方體可以滾動到任何一個黑色方格上。
1.U2RD2R 5.R2UL2U 9.RURURU
2.R4 6.RU2LDR2U 10.U4
3.RULURD 7.R2U3R2D 11 U2R3U2L
4.RDRU3RD 8.ULUR3UL 12.R4U4
在完成上面所列的滾動次序練習之后,你可以開始將WARTS重排成STRAW了。 下面所提供的答案,可能是最有效的,但說不定也會有更好的答案,也就是說有少于26次滾動的方法。
A :U2R
T :D2L
R :U
S :L2D
W :R4
S :UL2
T :U2L
R :D2
A :D2R
R :U 還有兩個題目值得一試(圖4): 這是個發(fā)展三維空間思考能力的絕佳問題,也使我們體會到有系統(tǒng)地研究以及運用符號記錄結(jié)果的好處。