将6枚硬币放在正方形的格子中(如图所示),上面一行的硬币都是正面(H)朝上,下面一行都是背面(T)朝上。请以最少的次数,将两行硬币的位置对调。
轮流移动正面朝上或背面朝上的硬币至相邻的空位。移动方向可以往上、往下、横向或是对角线方向。
这些硬币最少可以在7次移动之后完成位置对调,试说明如何做到。
找到答案之后,试着分析上下各有4枚硬币的问题。然后找出一个策略,可以用来解答任何数目硬币的类似问题。
如果有n个正面朝上及n个背面朝上的硬币,调换硬币位置所需的最少移动次数为N,那么N和n之间有何关系?
解答与分析
分析空格位置的移动途径,是说明答案最简单的方式。按照图1各个方格的编号,这6枚硬币的交换次序如下:
3 b 1 a 2 c d
而8枚硬币调换位置的解答如图2,为
4 c 2 a 1 b 3 d e
从这两个沿着两排方格作锯齿状移动的方法可以看出,我们可以将答案一般化,也就是完成位置交换的移动次数比硬币数多1。比这个数目更少是不可能的,因为第一次移动必须用到最右上方的空格,但这是多出的方格,而其他的移动都能使硬币定位。即:
N=2n+1
这个以及下一个游戏都可以利用图钉在钉板上进行,或是利用棋子和棋盘,用筹码和方格纸也可以。这类活动可以帮助孩子培养建立模型、提出假说再加以检验的能力。