益智也是一种抗疫
——双六骨牌,有序思维的“溜冰场”
宅家抗疫,益智游戏倒是很好的消遣。既可以打发时间抗疫,消除焦虑,又可以开动脑筋,训练有序思维,增强对数学的爱好。现就抗疫宅家,应老师要求与孩子探究双六骨牌游戏心得分享如下。
双六骨牌因最高面值的牌在每两端各有六个点而得名。一到六个点通常排列方式与六面骰子相同,但是因为还有没点的空白端,所以每一端可以有七种点数,一套双六组骨牌共有28个不同的牌。
下面就以下问题进行分享:一副双六骨牌同时最多可以排出几个每边和均为6的方阵呢?
28张骨牌中有12张因单张点数和大于6,需要扣除。扣除的骨牌有:(6,6)(5,5)(5,6)(4,4)(4,5)(4,6)(3,4)(3,5)(3,6)(2,5)(2,6)(1,6)。
剩下的16张骨牌每一张都能派上用场,才能同时排出4个每边点数和均为6的方阵。那究竟应该怎样进行组合呢?
为了方便有序思考,我们设定如下原则,因为只有有序思考才能穷其尽,无遗漏,最终达到有效思维。
1.选用骨牌时按照点数从大到小的顺序,包括单张总点数和单数点数。
2.采用逐级分类试验策略,直到发现某张骨牌不能使用或全部使用为止。
3.约定每个方阵组合顺序为,第一步是右下位(横向),第二步是右上位(竖向),第三步是左下位(竖向),第四步是左上位(横向)。
4.采用分级分类逐一编码。用一二三四表示方阵的序号,用1234表示每个方阵内部的步骤,用(1)(2)(3)(4)表示每步可进行的分类。
有了原则与方向,就可以开工进行试验了。
第一个方阵,第一张骨牌选用单张点数和最大的骨牌,有4张,分别是(0,6),(1,5),(2,4),(3,3)。然后我们选单数点数最大的即(0,6)。表面上看这里就有四种情形。从理论上来说,我们应该分成四种情形进行讨论。但我们知道16中牌必须每一张都要派上用场,才可以组成四个方阵。 事实上从任何一张开始都是一样的结果。因此,在这里我们不需要分情形讨论。第一个方阵第一步我们选择(0,6)。
因为(0,6)也可表示(6,0),按理说第一步有两种情形。同时我们应该注意到(0,0)必须与(0,6)同时使用,而且6必须与(0,0)在同一条边上。否则(0,0)会派不上用场。
所以,第一方阵第一步右下位(横向)是(0,6),第二步右上位(竖向)是(0,0)。第三步左下位(竖向),可供选择的骨牌为(0,5)(0,4)(0,3)(0,2)(0,1)。
如果第三步是(0,5),第四步就一定是(1,5) 。此时还没有用的(0,1)因没有单数5与之匹配,必然作废。
如果第三部是(0,4),第四步就一定是(2,4)。此时(0,2)(1,1)都需要4与之匹配。而剩下来的含4的骨牌只有一张(1,4)。所以也无法完成一一匹配。
如果第三部是(0,2),第四步就一定是(4,2)。此时(0,4)(1,3)(2,2)都需要单数2与之匹配。而剩下来的含2的骨牌只有两张(1,2)(2,3)。所以一定会有作废的骨牌。
如果第三步是(0,3)或者(0,1),无法找出破绽,需要进一步进行研究。我们将它分别标记为一1.2.3(1)与一1.2.3(2)。表示第一个方阵的第三步出现两种需要分开考察的情形。
下面我们以第二种情形为例。
因为第三步左下位(竖向)是(0,1),所以第四步左上位(横向)一定是(5,1)。
接下来摆第二个方阵,标记为一1.2.3(2)4.二1。此时剩下的单张点数和为6的有(3,3)与(2,4)。为简单方便,我们可选择(3,3)开始。此时需要说明的是,无论是从(3,3)开始还是(2,4)开始,这两种途径获得的所有可能结果都是一致的,只是先后不同而已。
第二个方阵第一步右下位是(3,3),那么第二步右上位一定是单张点数和为3的骨牌。此时有(1,2)与(0,3)。如果选用了(1,2),则剩下来的(0,5)(1,4)(2,3)需要与单数点数为1的匹配。而单数点数为1的只有两张(1,1)(1,3)。故排除。
骨牌(0,3),当它表示为(3,0)。此时0需要单张点数和为6的骨牌(2,4)匹配。如此一来,剩下的(0,5),既没有单张点数和为1,也没有单张点数和为6的牌与之匹配。故排除。
所以第二个方阵第一步是(3,3),第二部只能是(0,3)。那么左上角只有一张牌(1,2)可用。当他表示(2,1)时,左下角必须是(0,4)。此时剩下来的(0,5)(1,4)(2,3)需要与单数点为1的匹配,而当下只有(1,1)(1,3)两张。故排除。因此左上角只能是(1,2),那么左下角就只能是(0,5)了。
接下来研究第三个方阵。为研究方便,我们第三个方阵,第一步右下位可以选用(2,2),第二步只有一张牌可用。当其表示为(1,3)时,左上角则无牌可选。因此调整表示为(3,1)。
第三步左下角有三张牌可选。当选(2,4)时,第四步无牌可选。当选(2,3)时,第四个方阵无法拼成。当选(2,0)时,第四步为(4,1)。第四个方阵则轻而易举可得。
如此,四个方阵依次为:(0,6)(0,0)(0,1)(5,1);(3,3)(0,3)(0,5)(1,2);(2,2)(3,1)(2,0)(4,1);(1,1)(3,2)(4,2)(0,4)。
上述标记为一1.2.3(1)的第一种情形,也就是第三步是(0,3)的时候,按照同样的策略也可以得出4个方阵,分别为: (0,6),(0,0),(0,3),(3,3);(5,1),(2,3),(0,4),(2,1);(2,4),(1,1),(0,1),(5,0):(1,4),(0,2),(1,3),(2,2)。
玩双六骨牌游戏,既可宅家消遣抗疫,又可让有序思维溜溜冰,激发对数学的热爱,这是一种特殊的抗疫,也是一种发展与提高。让我们在益智中静待花开。