Matematik og dam. hvordan matematik kan give overraskende resultater om et velkendt spil. Jonas Lindstrøm Jensen

Relaterede dokumenter
Spilstrategier. 1 Vindermængde og tabermængde

Asymptoter. for standardforsøgene i matematik i gymnasiet Karsten Juul

Noter om opgaver i diskret matematik, Kirsten Rosenkilde, Maj Diskret matematik

Matematikken i kunstig intelligens Opgaver om koordinerende robotter LØSNINGER

Matematikken i kunstig intelligens Opgaver om koordinerende robotter

koordinatsystemer og skemaer

Noter om opgaver i diskret matematik, Kirsten Rosenkilde, Maj Diskret matematik

Skak, backgammon & dam

Spilstrategier. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Vindermængde og tabermængde 2. 2 Kopier modpartens træk 4

Spilstrategier, Kirsten Rosenkilde, september Spilstrategier

om skudøvelser Skud mod mål kan være for enten spillere eller for målmanden eller for både spillere og målmand.

Invarianter. 1 Paritet. Indhold

LÆR SKAK+MAT MED. Dansk Skoleskak. Elevhæfte

Forslag til løsning af Opgaver til afsnittet om de naturlige tal (side 80)

Dragværk. På billedet kan du se en pige eller kvinde, der står på ryggen af en hane. Pigen er syet i dragværk. Det er et lille motiv på en knædug.

Mircobit Kursus Lektion 5 (Du skal her vælge Lets Code og nederst Microsoft Block Editor.)

En differentiabel funktion hvis afledte ikke er kontinuert Søren Knudby

Fraktaler. Mandelbrots Mængde. Foredragsnoter. Af Jonas Lindstrøm Jensen. Institut For Matematiske Fag Århus Universitet

Skak-regler. Inhold Förmål med spillet Forberedelset Flytning av brikkerne. Flyttning af hver enkel brik

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Disse regioner er her omkranset med respektive farver: sort og hvid, og bærer navnet: - Create land eller Opbyg eget rige -

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

Grafmanipulation. Frank Nasser. 14. april 2011

LÆR SKAK+MAT MED. Dansk Skoleskak. Elevhæfte

Fraktaler Mandelbrots Mængde

Tal og algebra. I hvilke situationer kan det være motiverende at gengive et talmønster som et geometrisk mønster?

Vinkelrette linjer. Frank Villa. 4. november 2014

Matematisk induktion

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Invarianter. 1 Paritet. Indhold

Eleverne kan med egne ord beskrive, hvordan de med eksperimenter og problemløsning vil strukturere deres arbejde.

Funktioner og ligninger

Modelbanestyring med PC Indholdsfortegnelse

ESLC prøveredskaber: Vejledning for elever (DK)

Algebra - Teori og problemløsning

Spil og lege. Kaste Torshammer I denne leg skal man kaste til måls. Det minder lidt om kongespillet. Et antal figurer fx 9 stilles op

Projekt 4.6 Løsning af differentialligninger ved separation af de variable

Undersøgelser i nyere geometri

Der er felter, og på hvert af disse felter har tårnet træk langs linjen og træk langs rækken.

SCRATCH PÅ DANSK LÆR AT LAVE TEGNEFILM OG COMPUTERSPIL MED SCRATCHJR. Kirsten Dam Pedersen

Archimedes Princip. Frank Nasser. 12. april 2011

Invarianter. 1 Paritet. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen

Projekt 3.4 Fjerdegradspolynomiets symmetri

Spillebeskrivelse Spillehallen.dk Rev

Side 1 af 8. Vejledning

Skak. Regler og strategi. Version september Copyright

Eksempel på funktion af 2 variable, som har egentligt lokalt minimum på enhver ret linje gennem origo, men som ikke har lokalt minimum i origo!

F I N N H. K R I S T I A N S E N TES REGNING MED REGNEARK KUGLE SIMULATIONER G Y L D E N D A L LANDMÅLING

Opgaver om koordinater

Sekstant (plastik) instrumentbeskrivelse og virkemåde

Lille Georgs julekalender december

Projekt 3.7. Pythagoras sætning

Projekt 6.7. Beviser for Pythagoras sætning - og konstruktion af animationer

brikkerne til regning & matematik statistik preben bernitt

Kidsvolley-lektioner med fuld fart på kl.

KÆNGURUEN International matematikkonkurrence. Del 1. 3 point pr. opgave. 2. Erik har 10 ens metalstænger.

Introduktion til EXCEL med øvelser

Brugsanvisning for. Testværktøj på. Naturlegeredskaber

FP9. 1 Esters fritidsjob 2 Katrine maler 3 Backgammon 4 Halvmaratonløb 5 Babyloniernes formel for arealet af en firkant.

Ventilatorer i kvægstalde - Klimamålinger

Lysets hastighed. Navn: Rami Kaddoura Klasse: 1.4 Fag: Matematik A Skole: Roskilde tekniske gymnasium, Htx Dato:

MATEMATIK NOTAT 09 - ASYMPTOTER AF: CAND. POLYT. MICHEL MANDIX

Geogebra Begynder Ku rsus

Filtyper, filformat og skabelon. Tabel. Tekstombrydning. Demo Fremstil, gem og brug en skabelon. Øvelser Fremstil, gem og brug en skabelon

Undersøgelser af trekanter

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave C

Sådan bruger du ereolens app på en Android tablet eller smartphone

Aktiviteter med. Tænk dig om. Æsken indeholder 20 dobbeltsidede kort med forskellige opstillinger / opgaver.

Alle vandrette linjer, der er vinkelrette med synslinjen, er parallelle med horisonten.

Fyld en mængde genstande i en ikke gennemsigtig beholder. Man skal nu gætte to ting:

Cirkulær hyperboloide (snoet trætårn i Camp Adventure ved Gisselfeld Kloster v/ Haslev)

D = 0. Hvis rører parablen x- aksen i et enkelt punkt, dvs. den tilhørende andengradsligning

Word-5: Tabeller og hængende indrykning

Løsninger til KÆNGURUEN International matematikkonkurrence. Del 1 Løsninger 3 point pr. opgave. 2. Erik har 10 ens metalstænger.

for gymnasiet og hf 2016 Karsten Juul

Zhezz. Spillevejledning

Pointen med Differentiation

Spilleregler

Introduktion til Calc Open Office med øvelser

FP9. 1 Esters fritidsjob 2 Katrine maler 3 Backgammon 4 Halvmaratonløb 5 Babyloniernes formel for arealet af en firkant.

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 2 Institution: Projekt Vejanlæg. Matematik B-niveau Differentialregning

Afstandsformlen og Cirklens Ligning

TRIX. Træningshæfte 2 FACITLISTE. Side 1. Side 2 Side 3. FACIT, side 1-3 Trix, Træningshæfte 2 Alinea. Byg og tegn

1gma_tændstikopgave.docx

for matematik på C-niveau i stx og hf

Introduktion til Banedesign / Visio. af Preben Nielsen

Fejlkorligerende køder Fejlkorrigerende koder

Deskriptiv statistik for matc i stx og hf

Tilsvarende har vbi i kapitel 3 set, at grafen for tredjegradspolynomiet

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C FORMLER OG LIGNINGER

Julehjerter med motiver

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Matricer og lineære ligningssystemer

MAG5.dk En brugervejledning

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Her skal du lære om 1. Talfølge og talrække 2. Afsnitssum 3. Konvergens 4. Konvergente rækker har små led 5. Regneregler

Analyse af ombytningspuslespil

International matematikkonkurrence

2. juni Solitaire spilles med pinde, der pa gurerne er angivet som sorte pletter. Der

Transkript:

Matematik og dam hvordan matematik kan give overraskende resultater om et velkendt spil Jonas Lindstrøm Jensen (jonas@imf.au.dk) March 200 Indledning Det klassiske spil dam spilles på et almindeligt skakbræt. Normalt kan man kun bevæge sig diagonalt, og hoppe over modstanderens brikker, men her ser vi lidt anderledes på det. For det første er der ingen modstander, man kan hoppe over sine egne brikker lodret og vandret og brættet er uendeligt stort. Opgaven er som følger: Vi deler brættet i to med en vandret streg. Man må nu placere sine brikker som man vil under stregen, og de skal placeres således, at man kan komme så langt som muligt op på den anden banehalvdel ved at hoppe over brikker. En brik man hopper over forsvinder ligesom i almindelig dam. Det er ret enkelt at komme ét felt op på den anden banehalvdel - det skal man kun bruge to brikker til. Man skal bruge fire brikker for at komme to felter op det er heller ikke så svært. Sværere er det at komme tre felter op det kræver mindst otte brikker (prøv!). Figur : Sådan kommer man ét felt op over midterlinjen. Den naive matematiker ville nu forvente, at man skal bruge 6 brikker (hvorfor det?) for at komme fire felter op, men nej, det kræver faktisk 20 brikker. Vi viser eksempler på strategier til at gøre dette i appendi til sidst, og vil nu istedet se på følgende spørgsmål: Kan man komme fem felter op?

2 Vægtning Figur 2: Sådan kommer man to felter op over midterlinjen. Vi vil nu bevise, at det faktisk er umuligt at komme fem felter op. Lad os først overveje, at hvis man kan komme op til et felt, der er fem felter oppe, ville man også kunne have kommet til et hvilket som helst andet felt, der er fem felter oppe, idet vi jo bare kan rykke vores opstilling til højre og venstre som det passer os. 8 7 7 6 6 5 4 3 2 3 4 5 6 5 4 3 2 2 3 4 5 6 5 4 3 2 7 6 5 4 3 2 7 8 6 7 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 3 4 5 6 7 8 9 8 7 6 5 4 3 4 5 6 7 8 9 0 9 8 7 6 5 4 5 6 7 8 9 0 0 9 8 7 6 5 6 7 8 9 0 2 0 9 8 7 6 7 8 9 0 2 3 2 0 9 8 7 8 9 0 2 3 Figur 3: Vi udstyrer hvert felt med vægte efter, hvor langt de er fra P. Så lad os antage, at vi har lavet en opstilling, der kan flytte en brik fem felter op kald det felt for P. Lad os nu tilegne hvert eneste felt på brættet et tal det kalder vi feltets vægt. For en given opstilling af brikker, ser vi hvilke felter, der står brikker på, og så lægger vi de tilsvarende vægte sammen. Det kalder vi en opstillings samlede vægt. Lad være et eller andet tal, som vi først vælger senere. Vi giver nu hvert felt vægten n, hvor n er det mindste antal lodrette eller vandrette ryk, man skal lave, for at komme fra feltet til P. Så P selv får vægten 0 =, felterne til højre, venstre, ovenfor eller nedenfor P giver vi vægten. Sådan fortsætter vi, og får så vægtene som på tegningen nedenfor. Eksempel. Lad os se på opstillingen i figur 4. Vi ser at den samlede vægt her er + 3 + 4 + + 5 + 2 6 + 3. 2

8 7 7 6 6 5 4 3 2 3 4 5 6 5 4 3 2 2 3 4 5 6 5 4 3 2 7 6 5 4 3 2 7 8 6 7 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 3 4 5 6 7 8 9 8 7 6 5 4 3 4 5 6 7 8 9 0 9 8 7 6 5 4 5 6 7 8 9 0 0 9 8 7 6 5 6 7 8 9 0 2 0 9 8 7 6 7 8 9 0 2 3 2 0 9 8 7 8 9 0 2 3 Figur 4: En vilkårlig opstilling. Lad os nu lave et træk, hvor en brik hopper over en anden. Vi får så en opstilling som i figur 5. Nu er vægten + 3 + 4 + + 5 + 2 6 + 3 3 4 + 2 = + 2 + 5 + 2 6 + 3. Vi ser at vi har trukket 3 og 4 fra, og så lagt 2 til. 8 7 7 6 6 5 4 3 2 3 4 5 6 5 4 3 2 2 3 4 5 6 5 4 3 2 7 6 5 4 3 2 7 8 6 7 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 3 4 5 6 7 8 9 8 7 6 5 4 3 4 5 6 7 8 9 0 9 8 7 6 5 4 5 6 7 8 9 0 0 9 8 7 6 5 6 7 8 9 0 2 0 9 8 7 6 7 8 9 0 2 3 2 0 9 8 7 8 9 0 2 3 Figur 5: Efter et træk har vi nu ændret den samlede vægt. 3

3 Hvordan ændres den samlede vægt, når vi gør et træk? Som i eksemplet ovenfor, vil vi nu se på, hvordan den samlede vægt ændrer sig, når vi laver et træk. Der er tre muligheder:. Vi rykker tættere på P. 2. Vi rykker længere væk fra P. 3. Brikken vi springer med, ændrer ikke afstand til P. På figur 6 kan vi se eksempler på alle tre typer af træk. Lad os nu se, hvad der sker med den samlede vægt i hvert af de tre tilfælde. Lad os antage, at brikken vi laver vores træk med, står på et felt med vægten n for et eller andet n.. 8 7 7 6 6 5 4 3 2 3 4 5 6 5 4 3 2 2 3 4 5 6 5 4 3 2 7 6 5 4 3 2 7 8 6 7 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 3 4 5 6 7 8 9 8 7 6 5 4 3 4 5 6 7 8 9 0 9 8 7 6 5 4 5 6 7 8 9 0 0 9 8 7 6 5 6 7 8 9 0 2 0 9 8 7 6 7 8 9 0 2 3 2 0 9 8 7 8 9 0 2 3 Figur 6: Tre forskellige træk, hvor vi bevæger os længere væk fra P, tættere på P eller bevarer afstanden.. Hvis vi rykker tættere på P, er vi i en situation, hvor vi springer fra n til n 2, og en brik med vægt n forsvinder, idet vi hopper over den. Så vægten ændres altså med n 2 n n = n 2 ( 2 ). 2. Hvis vi rykker længere væk fra P springer vi fra n til n+2, og vi springer over en brik med vægt n+. Så den samlede vægt ændres nu med n+2 n n+ = n ( 2 ). 4

3. Lad os nu se på det sidste tilfælde. Her springer vi fra et felt med vægt n til et felt med samme vægt, og vi hopper over en brik med vægt n. Så alt i alt ændres den samlede vægt med n. Husk på at vi stadig ikke har valgt, hvad vores skal være. Vi vil gerne vælge vores således, at et træk af type ikke ændrer den samlede vægt. Det kan gøres hvis vi vælger så 2 = 0. () Det er en andengradsligning med to rødder, og vi vælger den positive af dem, nemlig = + 5 2 0, 6803. Vi ved nu, at et træk af type ikke ændrer ved den samlede vægt af en opstilling, for sådan har vi valgt vores. Af () får vi også, at 2 =, så vi ser at et træk at type 2 giver en ændring på n ( 2 ) = n ( ) = n ( 2) = 2 n+ < 0, så et træk af type 2, altså et hvor vi bevæger os længere væk, gør den samlede vægt mindre. Et træk af type 3 ændrer som sagt den samlede vægt med n, så da > 0 reducerer sådan et træk altså også den samlede vægt. Alt i alt kan vi konkludere, at alle typer af træk enten reducerer den samlede vægt, eller også ændres den ikke vi kan ikke øge vægten! Så en opstilling der kan sende en brik på til feltet P, der jo har vægten, må have en samlet vægt, der er større end eller lig med, ellers kan vi aldrig komme derop. Vi vil i næste afsnit vise, at sådan en opstilling er umulig. 4 Uendelige summer Vi får brug for følgende sætning om uendelige summer. Sætning 2 (Den geometriske række). Lad ], [ være givet. Så er + + 2 + 3 + 4 + =. Den kvikke læser vil her se, at = φ, hvor φ = + 5 2 er det gyldne snit, der dukker op i mange sammenhænge og nu også her. 5

Bevis. Ved at gange venstresiden med får vi ( )( + + 2 + 3 + ) = + + 2 + 3 + ( + + 2 + 3 + ) = + + 2 + 3 + 2 3 4 =, så det ønskede resultat fås ved at dividere med på begge sider. Lad os nu se, hvad den samlede vægt af alle felter under midterlinjen er. Søjlen lige under P bidrager med vægtene 5 + 6 + 7 + 8 + = 5 ( + + 2 + 3 + ) = De to søjler lige ved siden af bidrager hver med 6 + 7 + 8 + 9 + = 6 ( + + 2 + 3 + ) = og de to søjler ved siden af dem bidrager hver med 7 + 8 + 9 + 0 + = 7 ( + + 2 + 3 + ) = 5. 6, 7. Hvis vi fortsætter sådan får vi, at den samlede vægt af den nedeste halvdel af brættet er S = Ved lidt regnerier ser vi, at S = 5 + 2 6 + 2 7 + 2 8 +. 5 + 2 ( 6 ) + 7 + 8 + = 5 + 26 ( + + 2 + ) = 5 + 26 Husk nu på, at = 2, så vi får at. S = 5 + 26 2 2 = 3 + 2 2 2 = ( ) + 2( ) = 2 2 = 2 ( ) =. 6

Så hvis vi har brikker på alle felter i den nederste halvdel af brættet, så har de en samlet vægt, der er præcis. Så hvis blot et felt står ledigt, så vil den samlede vægt være mindre end, og så kan vi aldrig kommer op til P, idet et træk aldrig kan øge den samlede vægt. Men hvorfor kan vi så bare ikke placere brikker på alle felter? Det kan man sådan set også godt, men det giver ikke mening at placere brikker, som vi ikke bruger, så vi skal i så fald bruge uendeligt mange træk, så vi kommer aldrig op til P. Det viser det vi ønskede, nemlig at det er umuligt at komme fem felter op. Litteratur [] Honsberger, Ross (976), Mathematical Gems II. 7

Appendi Figur 7: En løsning, der bruger otte brikker, og bringer en brik tre felter op. 8

Figur 8: En løsning, der bruger 20 brikker, og bringer en brik fire felter op. For at afslutte denne skal du bruge figur 7, idet vi nu er i samme situation som dér men nu ét felt højere oppe. 9