在这个活动中,你需要一个立方体。儿童玩的积木就很理想,也可以用一块方糖,或是用纸板做一个立方体。在立方体的一面写上字母A,并将它放在一张方格纸上,方格的大小与立方体一面的面积相同,如图所示。请先找出方格纸上的哪些方格,在立方体滚动到它们的位置时,会使标示A的一面再度朝上,且A的方向与原来的方向相同。
例如,将立方体向右滚动4次后,它会在原来的位置右边第四个方格上,再度朝向原来的方向。这4次滚动,可以记作R4或R4。如果你能设计一种用简单符号记录滚动过程的方法,对分析问题是很有帮助的。
当你觉得自己已掌握了诀窍,知道如何滚动,以及如何有效地滚动之后,请尝试重排如前图所示的5个立方体。它们原来的次序是WARTS,请将它们排成STRAW。
解答与分析
假设这个立方体是放在国际象棋棋盘的黑色方格上,那么它可以滚动到任何其他的黑色方格,而使A仍朝向正确方向,但是滚动到任何白色的方格却不行。
用R、L、U、D代表立方体朝右、左、上、下等方向滚动,那么经过下列的6次滚动,立方体就可以到达右边最接近原来位置的黑色方格(图1):
U→U→R→D→D→R
这个滚动次序也可以简记成U2RD2R。这个结果无法以更少的滚动次数获得。不过,也有其他的滚动方式,如LU2R3D2、D2R3U2L或LD2R3U2,但都需要滚动8次。因此,通过不断的重复,立方体应该可以到达同一行的任何黑色方格,同样的道理,也可以到达同一列的任何黑色方格。为了使立方体能到达所有的黑色方格,我们必须找出某种滚动次序,使它能滚动到对角线方向最邻近的黑色方格。这可以通过RULURD的滚动次序来完成,如图2所示,一共滚动6次,或者以相反的次序DRULUR滚动也可以。
下面是将立方体滚动到图3上标示1~12的位置,滚动次数最少的方式。由此也可以很明显地看出,立方体可以滚动到任何一个黑色方格上。
1.U2RD2R 5.R2UL2U 9.RURURU
2.R4 6.RU2LDR2U 10.U4
3.RULURD 7.R2U3R2D 11 U2R3U2L
4.RDRU3RD 8.ULUR3UL 12.R4U4
在完成上面所列的滚动次序练习之后,你可以开始将WARTS重排成STRAW了。 下面所提供的答案,可能是最有效的,但说不定也会有更好的答案,也就是说有少于26次滚动的方法。
A :U2R
T :D2L
R :U
S :L2D
W :R4
S :UL2
T :U2L
R :D2
A :D2R
R :U 还有两个题目值得一试(图4): 这是个发展三维空间思考能力的绝佳问题,也使我们体会到有系统地研究以及运用符号记录结果的好处。