前言:
"百慕達三角"(Bermuda Triangle)是位於北美洲東南、北大西洋西部,紐西蘭和西印度群島之間的神祕海域,它呈三角形狀,面積廣達46萬平方公里,三個頂點分別是百慕達、波多黎各及美國的佛羅里達。歷年來在這海域發生了許多不可思議的事,超過50艘船泊、20架飛機突然不明原因地失蹤,並且未留下任何殘骸的痕跡。哥倫布曾提及航行通過此海域之險惡情境。
這件學具是美國Bill Cutler 教授設計的,以"百慕達三角"為名,可見其詭異與艱難。
玩法:
本學具共有7片配件,全部由多個單位正三角形組成,有二片是單層的,其它五片是雙層。我們以一個單位正三角形的面積當作1,則各配件之構造如下:
三角柱木盒有三層高,每層面積等於16個單位正三角形。
因為拼好後,整組翻轉視為結構相同的解答,此時上下層易位,因此,我們不再分辨何者是上層,何者是下層,統稱為外層。
由於這七片配件無法直立放入木盒中,必須是平放,我們可以暫時不考慮高度,只要明確每片配件在三層間的相對位置即可。首先我們從它們面積的關係下手。
A. 用3,4,6,7只有下列5種不同的方法組成16:
(Ⅰ)3+3+3+3+4 (Ⅱ)3+3+4+6 (Ⅲ)4+6+6 (Ⅳ)3+3+3+7 (Ⅴ)3+6+7 |
因為我們的配件中只有兩片具有4單位正三角形,因此方法(I)、(II)、(III)中只能選兩種;只有1片具有7單位正三角形,因此方法(IV)、(V)只能選一種。 |
A、B這兩片只有一層;C、D、E、F、G各有兩層,其總數有12項,無論如何拼湊,中層都會有5項。因此中間層必須是3+3+3+3+4。3+3+4+6不可以和3+3+3+7搭配在一起(三單位的項數不夠);4+6+6不可以和3+6+7搭配在一起(六單位的項數不夠),所以只有下列可能之組合:
組合1: | 組合2: |
(III):4+6+6+ 7 (外層) | (V):3+6+7 (外層) |
(I):3+3+3+3+4 (中層) | (I):3+3+3+3+4 (中層) |
(IV):3+3+3+7 (外層) | (II):3+3+4+6 (外層) |
由於A、B之總面積只佔13,無法構成一層,因此,C、D、E、F、G這五片無法全部在同二層中,它必須分別散居三層間。現在我們分別檢驗上述二種情況:
組合1: 4+6+6 3+3+3+7 3+3+3+3+4
我們先從較簡單的4+6+6 這一層開始:拼合B和C這兩片使之能置入木盒的方法有下圖所示的四種方法,其中<1-1>、<1-2>和<1-3>都無法讓E或D填入,只有<1-4>留下4個單位的完整的空間,可以繼續填入E或D。
<1-1> | ![]() |
<1-2> | |
<1-3> | |
<1-4> |
剩下4單位的空白,有二種可能的方法填入,加入D或E:
<1-4-1> | ![]() |
<1-4-2> | |
<1-4-3> |
無論是情形<1-4-1>或<1-4-2>,在第二層上加入另一片包含有4單位者。
<1-4-1-1> | ![]() |
<1-4-1-2> | ![]() |
<1-4-1-3> | |
<1-4-1-4> | |
<1-4-1-5> | |
<1-4-1-6> | |
<1-4-2-1> | ![]() |
<1-4-2-2> | |
<1-4-2-3> | |
<1-4-2-4> | ![]() |
在(1-4-1)的情形,有六個位置可以加入E,即圖(1-4-1-1)、(1-4-1-2)、(1-4-1-3)、(1-4-1-4)、(1-4-1-5)、(1-4-1-6);其中只有(1-4-1-4)可以再加入F和G (1-4-1-4-1),最後也沒有辦法放入A了。在(1-4-2)的情形,也有四個位置可加入D,即圖(1-4-2-1)、(1-4-2-2)、(1-4-2-3)、(1-4-2-4), 但這四種方法都會留下一個單位或二個單位的空間,使後續無論如何放置都無法完成。
<1-4-1-4-1>
所以由組合1無法得出任何解答。
組合2: 3 + 6 + 7 3 + 3 + 3 + 3 + 4 3 + 3 + 4 + 6
我們先從3 + 6 + 7這一層開始:
6+7有二種組合,就是AB或AC。AB又分為三種方式,其中(2-1)與(2-2)都留下二處1單位的空間,使後續無論如何放置都無法完成。AC也分成二種方式,其中(2-4)留下一處1單位空間,另一處2單位的空間,也使後續無論如何放置都無法完成。因此,只有(2-3)及(2-5)可以組成3+6+7。
<2-1> | ![]() |
<2-2> | |
<2-3> | |
<2-4> | ![]() |
<2-5> |
以下先看(2-3),有下圖5種繼續拼合的情形(2-3-1&2-3-3&2-3-5為2-3之翻轉):
<2-3-1> | ![]() |
<2-3- 2 > | |
<2-3- 3 > | |
<2-3- 4 > | |
<2-3- 5 > |
(2-3-1)與(2-3-5)留下1單位空間,無法完成。(2-3-2)的情形下,無論中層E旁邊如何配置D、F、G,均無法再放入C繼續拼合完成。
<2-3-2- 1 > | ![]() |
<2-3-2- 2 > | ![]() |
<2-3-2- 3 > | |
<2-3-2- 4 > | |
<2-3-2- 5 > | |
<2-3-2- 6 > | |
<2-3-2- 7 > | ![]() |
(2-3-3)與(2-3-4)的情形下,C也無法置放於最上層。因此,以上各種拼合方式都無法完成。
再考慮(2-5)的情形:它也只能再加上G和E兩種情形:
<2-5-1> | ![]() |
<2-5-2> |
在(2-5-1)的情形下,E、F和G最多只能置入二片,再加入B也無法拼合完成。
<2-5-1-1> | ![]() |
<2-5-1-2> | |
<2-5-1-3> | |
<2-5-1-4> |
(2-5-2)是最後的的一種情形,在中間層留下了9單位的正三角形空間,剩餘的D、F、G有以下三種拼合成正三角形的方法:(3-1)、(3-2)無法使B再加入拼合,(3-3)是唯一的一種可以使B拼入的組合情形,拼入B後就成為(3-3-1)。
<3-1> | ![]() |
<3-2> | |
<3-3> | |
<3-3-1> |
接著將(3-3-1)翻轉,再與(2-5-2)拼合,所得到的結果就是置入正三角形木盒的唯一解。
<"百慕達三角"解答>
如果沒有運用數學方法分析而盲目地嘗試,將會浪費很多時間。運氣好碰巧完成了,再把它弄亂了,又無法再很快地完成了!
我們把解題過程簡要地用以下的樹狀圖表示之:
第一種組合:(4+6+6)&(3+3+3+7)&(3+3+3+3+4)
由(4+6+6)這層開始
第二種組合:(3+6+7)&(3+3+3+3+4)&(3+3+4+6) 由(3+6+7)這層開始