魔方中的數(shù)學(xué)知識?魔方公式中x的意思是:整個魔方作一個R方向90度旋轉(zhuǎn)。R的意思是右面作順時針90度轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)一下)。魔方公式中,大寫的字母R,U之類就是轉(zhuǎn)某個面,小寫的r,u等就是同時轉(zhuǎn)兩層,帶'就是逆時針轉(zhuǎn)。x、y、那么,魔方中的數(shù)學(xué)知識?一起來了解一下吧。
魔方的計算公式是還原公式方法如下:
1、底棱歸位,又稱之為 Cross,英文的意思是十字還原,選擇白色面做底面,在魔方的底層架十字。還原棱就是在每一個面上都拼出個十字,拼十字時不是按面來的,而是按層來的。先還第一層的,也就是在第一面上拼出個十字。
2008 年七月, 來自世界各地的很多最優(yōu)秀的魔方玩家聚集在捷克共和國 (Czech Republic) 中部的帕爾杜比采 (Pardubice), 參加魔方界的重要賽事: 捷克公開賽。 在這次比賽上, 荷蘭玩家阿克斯迪杰克 (E. Akkersdijk) 創(chuàng)下了一個驚人的紀錄: 只用 7.08 秒就復(fù)原一個顏色被徹底打亂的魔方。 無獨有偶, 在這一年的八月, 人們在研究魔方背后的數(shù)學(xué)問題上也取得了重要進展。 在本文中, 我們就來介紹一下魔方以及它背后的數(shù)學(xué)問題。
一. 風(fēng)靡世界的玩具
1974 年春天, 匈牙利布達佩斯應(yīng)用藝術(shù)學(xué)院 (Budapest College of Applied Arts) 的建筑學(xué)教授魯比克 (E. Rubik) 萌生了一個有趣的念頭, 他想設(shè)計一個教學(xué)來幫助學(xué)生直觀地理解空間幾何的各種轉(zhuǎn)動。 經(jīng)過思考, 他決定制作一個由一些小方塊組成的, 各個面能隨意轉(zhuǎn)動的 3×3×3 的立方體。 這樣的立方體可以很方便地演示各種空間轉(zhuǎn)動。
這個想法雖好, 實踐起來卻面臨一個棘手的問題, 即如何才能讓這樣一個立方體的各個面能隨意轉(zhuǎn)動? 魯比克想了很多點子, 比如用磁鐵或橡皮筋連接各個小方塊, 但都不成功。
魔方別看只有26個小方塊州春肆,變化可真是不少,魔方總的變化數(shù)為8!*3^8*12!*2^12/(3*2*2)=43252003274489856000種或者約等于4.3·10^19。如果你一秒可以轉(zhuǎn)3下魔方,不計重復(fù),你也需要轉(zhuǎn)4542億年,才可以轉(zhuǎn)出魔方所有的變化,這個數(shù)字是目前估算宇宙年齡的大約30倍。
三階魔方總變化數(shù)的道理是這樣:六個中心塊定好朝向后,就構(gòu)成了一個坐標系,在這個坐標系里,8個角色塊全排列8!,而每個角色塊又有3種朝向,所以是8!*38,12個棱色塊全排列每個有2種朝向是12!*212,這樣相乘就是分子,而分母上3*2*2的意義是,保持其他色塊不動,不可以單獨改變一個角色塊朝向(對應(yīng)3),單獨改變一個棱色塊朝向(對應(yīng)2),和單獨交換一對棱色塊或一對角色塊的位置(對應(yīng)另一個2)。至于為什么,我建議大家自己先想想,我初步寫了一些,你可以到這里看看。
由此可見,這么多變化用很短時間變回六面同色不是很簡單的。不過世界上最快的人7.08秒就可以還原一個魔方(記錄創(chuàng)造于2008年7月12日的 捷克公開賽),記錄保持者是來自荷蘭的Erik Akkersdijk。
那些人為什么會這么快呢?因為他能記住好多的魔方算法,或者也有叫魔方公式的,世界上頂尖的選手,據(jù)說可以記住600多個算法。
在組合數(shù)學(xué)中有討論,其范疇應(yīng)該屬于n階拉丁方,應(yīng)該算群倫在組合數(shù)學(xué)中的應(yīng)用,為什么你要弊敗升把它擴展成一個環(huán)呢?它的乘法運算怎么來?疑惑中。
魔方(Rubik''s Cube)是匈牙利建筑學(xué)教授和雕塑家厄爾諾·魯比克于1974年發(fā)明的機械益智玩具,最初被用于幫助學(xué)生們認識空間立方體的組成和結(jié)構(gòu)。最初的魔方是三階立方體,每個面上有九個帶顏色的小方塊,其中包含6個處于面最中心無法移動的塊,12個位于棱上的塊和8個角塊。一個復(fù)原好的魔方六個面各由同一種顏色組成,一般來說,標準的魔方的顏色應(yīng)該是藍、白、紅、綠、黃和橙色,其中藍白相對、綠黃相對、紅橙相對。
三階魔方的常用解法由租老七個步驟組成,一般玩家記住這七個步驟可以在一分鐘內(nèi)將魔方復(fù)原。后經(jīng)數(shù)學(xué)家Jessica Fridrich女士研究,采用新的方法可以枯襪在四個步驟內(nèi)復(fù)原一個三階魔方,但熟練運用這四個步驟需要記住119個數(shù)學(xué)公式。
從外部構(gòu)造來碧余看,擰魔方運用了 [立體幾何整體變換] 的特性,即通過 [層的整體變換] 來達到 [塊的翻轉(zhuǎn)或位移] ;
從內(nèi)部原理來看,擰魔方運用了 [群論] 的數(shù)學(xué)悔慧滾知識,即魔方的54個面分別是 [對稱群里的54個元素] ,魔方的轉(zhuǎn)動就是54個面位置的變換碧頌,因此就是對稱群內(nèi)部的乘法
以上就是魔方中的數(shù)學(xué)知識的全部內(nèi)容,魔方公式的字母是英文單詞第一個字母,例如R=right(右),對應(yīng)的動作是右邊一面順時針旋轉(zhuǎn)九十度。R加“'”即“R'”即為右邊一面逆時針旋轉(zhuǎn)九十度 下面我給你幾個常用的字母及其代表的含義。