Кентерберийские головоломки

1. 8 кругов сыра можно переложить на крайний табурет за 33 хода, 10 сыров – за 49 и 21 сыр – за 321 ход. Ниже приведен общий метод решения для случаев с тремя, четырьмя и пятью табуретами.

Составим следующую таблицу, которую можно продолжить для любого нужного нам числа сыров.

Первая ее строка содержит натуральные числа. Вторая строка получается сложением чисел первой строки с начала до данного места. Числа третьей строки получаются аналогичным путем из чисел, стоящих во второй строке. Четвертая строка состоит из последовательных степеней числа 2 минус 1. Следующие две строки получаются удвоением числа, стоящего в данной строке, и добавлением к произведению числа из предыдущей строки, которое стоит над тем местом, где выписывается результат. Эта таблица дает одновременно решения для любого числа сыров и трех табуретов, для треугольных чисел и четырех табуретов и для пирамидальных чисел и пяти табуретов. В этих случаях метод решения (складывание сыров в стопки) всегда только один.

В случае трех табуретов первая и четвертая строки таблицы говорят нам, что 4 сыра можно перенести за 15 ходов, 5 – за 31, 7 – за 127 ходов. Вторая и четвертая строки показывают, что в случае четырех табуретов 10 сыров можно переложить за 49, а 21 – за 321 ход. Точно так же в случае пяти табуретов мы находим из третьей и шестой строк, что для 20 сыров требуется 111 ходов, а для 35 – 351 ход. Но из таблицы мы, кроме того, можем определить и нужный способ перекладывания сыров. Так, например, в случае четырех табуретов и 10 сыров предыдущий столбец указывает на то, что мы должны образовать стопки из 6 и 3 сыров, для чего потребуется соответственно 17 и 7 ходов. А именно: сначала мы складываем 6 наименьших сыров за 17 ходов на один из табуретов; затем мы складываем 3 следующих сыра на другой табурет за 7 ходов; далее мы перекладываем самый большой круг сыра за 1 ход; затем перекладываем 3 сыра за 7 ходов; и наконец мы перекладываем 6 сыров за 17 ходов, что в сумме и составляет 49 ходов. Точно так же нам известно, что в случае пяти табуретов 35 сыров следует сложить в стопки из 20, 10 и 4 сыров соответственно, для чего потребуется 111, 49 и 15 ходов.

Если в случае четырех табуретов число сыров не треугольно, а в случае пяти табуретов – не пирамидально, то решений будет больше одного и потребуются дополнительные таблицы. Именно так обстоит дело в случае 8 сыров Мажордома. Но я предоставляю самому читателю обобщить решение нашей задачи на этот случай.

2. На рисунке показано, каким именно образом Продавец папских индульгенций, отправившись из обозначенного штриховкой города, сумел посетить все другие города ровно по одному разу за 15 переходов.

3. Нужно разместить мешки следующим образом: 2, 78, 156, 39, 4. Здесь каждая пара, умноженная на своего единственного соседа, дает число, стоящее в середине, причем пришлось передвинуть пять мешков. Существует ровно три других расположения мешков (4, 39, 156, 78, 2; или 3, 58, 174, 29, 6; или 6, 29, 174, 58, 3), но при этом требуется передвинуть семь мешков.

4. Рыцарь сказал, что на его щите можно отметить 575 квадратов с розой в каждом углу. Как получился такой результат, становится понятным, если обратиться к рисунку.

Соединив A, В, С и D, можно образовать 66 квадратов такого размера; размер A, E, F, G приводит к 48 квадратам; A, H, I, J – к 32; В, К, Z, M – к 19; B, N, O, P – к 10; В, Q, R, S – к 4; Е, T, F, C – к 57; I, U, V, P – к 33; H, W, X, J – к 15; K, Y, Z, M – к 3; Е, a, b, D – к 82; H, d, M, D – к 56; H, e, f, G – к 42; K, g, f, С – к 32; N, h, z, F – K 24; К, h, m, b – к 14; К, О, S, D – к 16; K, n, p, G – к 10; К, q, r, J – к 6; Q, t, р, С – к 4; наконец Q, u, r, i приводит к 2 квадратам. Таким образом, общее число квадратов равно 575, Эти группы можно истолковывать так, как если бы каждая представляла квадрат отличного от других размера. Это верно, за одним исключением: квадраты группы B, N, О, Р имеют точно такой же размер, как и квадраты группы K, h, m, b.

5. Добрая женщина объяснила, что затычка, плотно загнанная в бочку, тем похожа на только что выпавшую, что обе они затыкают ничего; первая – ничего в смысле неплохо, а вторая – ничего в смысле ничего не затыкает. Маленькое недоразумение с родственниками легко разрешится, когда нам скажут, что родительский приказ исходил от отца (который также находился в этой комнате), а не от матери.

6. Головоломка, предложенная веселым хозяином харчевни «Табард» из Соуерка, оказалась более популярной, чем головоломки остальных паломников.

– Я вижу, любезные господа мои, – воскликнул он, – что здорово задурил вам голову своей маленькой хитростью. И все-таки для меня не составляет труда налить ровно по одной пинте в каждую из мер, одна из которых вмещает пять, а вторая – три пинты, не пользуясь никакими другими мерами.

Такими словами Трактирщик начал объяснять паломникам, как именно можно выполнить это на первый взгляд невыполнимое задание. Тут он наполнил обе меры, а затем, отвернув кран бочки, позволил пиву выливаться на пол (против чего вся компания энергично запротестовала; но хитроумный хозяин сказал, что он совершенно уверен – в бочке не многим более восьми пинт). (Уместно заметить, что количество вылившегося зля не влияет на решение головоломки.) Потом он закрыл кран и перелил содержимое 3-пинтовой меры назад в бочку. Далее Трактирщик наполнил эту меру из 5-пинтовой и вылил из нее пиво в бочку, затем он перелил 2 пинты из 5-пинтовой меры в 3-пинтовую, наполнил 5-пинтовую меру из бочки, оставив таким образом в бочке 1 пинту. Потом он наполнил 3-пинтовую меру из 5-пинтовой, позволил компании выпить содержимое 3-пинтовой меры, наполнил 3-пинтовую меру из 5-пинтовой, оставляя тем самым в 5-пинтовой мере 1 пинту, выпил содержимое 3-пинтовой меры и наконец вылил 1 пинту из бочки в 3-пинтовую меру. Таким образом, к величайшему изумлению и восхищению паломников, в каждой мере оказалось ровно по 1 пинте эля.

7. На рисунке показано, как именно следует разрезать квадрат на четыре части и как из них сложить магический квадрат. Можно проверить, что сумма чисел в каждой строке, столбце и на каждой диагонали равна 34.

8. Кусок гобелена следовало разрезать по прямым на три части и сложить из них квадрат, как показано на рисунке.

Заметьте, узоры идут в правильном порядке. Такой способ согласуется и с требованием, чтобы одна из трех частей была как можно меньшей (в данном случае она состоит лишь из 12 маленьких квадратиков).

9. Плотник сказал, что он сделал ящик, внутренние размеры которого в точности совпадали с размерами исходного бруса, то есть 3×1×1. Затем он поместил резной столбик внутрь ящика, а пустоты заполнил сухим песком, который он по ходу дела хорошенько встряхивал до тех пор, пока в ящик нельзя уже было ничего больше засыпать. Затем Плотник осторожно вынул столбик, внимательно следя за тем, чтобы не просыпать ни песчинки, встряхнул песок в ящике и показал, что он заполняет пространство ровно в один кубический фут. Значит, ровно столько дерева было удалено в процессе работы.

10. На рисунке показано, куда следует сдвинуть три стрелы на доске у входа в таверну «Шашки», чтобы при этом ни одна стрела не лежала на одной прямой ни с одной другой стрелой. Черные точки указывают первоначальное расположение передвинутых стрел.

11. Поскольку карт, составляющих слова CANTERBURY PILGRIMS, восемнадцать, выпишем по кругу числа от 1 до 18, как показано на рисунке. Затем напишем первую букву С рядом с 1, а каждую следующую букву рядом со следующим вторым числом, которое окажется свободным.

Так следует поступать до второго R включительно. Если читатель закончит процесс, помещая Y рядом с 2, Р – рядом с 6, I – рядом с 10 и т. д., то он получит при этом буквы, идущие в следующем порядке: CYASNPTREIRMBLUIRG. Это и есть требуемый порядок с буквой С на верху колоды и G внизу ее.

12. Эта головоломка сводится к нахождению наименьшего числа, обладающего ровно 64 делителями, включая 1 и само число. Таким наименьшим числом будет 7560. Следовательно, паломники могут ехать гуськом, пара за парой, тройка за тройкой, четверка за четверкой и т. д. ровно 64 способами, причем последним способом будет 7560 всадников в ряд. Купец был осторожен, не упомянув, по какой дороге ехали всадники.

Для того чтобы найти число делителей данного числа N, положим N = а р b q c r …, где а, b, с – простые числа. Тогда число делителей, куда включены 1 и само N, будет равно (р + 1) (q + 1) (r + 1)…

Таким образом, в случае головоломки Купца:

следовательно, всего имеется 4×4×2×2 = 64 делителя.

Чтобы найти наименьшее число с данным числом делителей, мы должны воспользоваться методом проб и ошибок. Однако важно порой следить за тем, чтобы число имело данное число делителей, но не большее. Например, наименьшим числом с 7 делителями будет 64, хотя 24 обладает 8 делителями, а тем самым и 7. Требование «не большее» в данном случае не обязательно, поскольку не существует чисел, меньших 7560 и обладающих числом делителей, превышающим 64.

13. Наименьшее число шагов, за которое можно нужным образом расположить узников, равно 26. Узники передвигаются в следующем порядке: 1, 2, 3, 1, 2, 6, 5, 3, 1,2, 6, 5, 3, 1, 2, 4, 8, 7, 1, 2, 4, 8, 7, 4, 5, 6. Поскольку свободной всегда оказывается ровно одна темница, эти обозначения не могут вызвать недоразумений.

Эту диаграмму можно упростить с помощью так называемого метода «пуговок и веревочек». В результате получатся диаграммы, изображенные на рисунке, которые намного упростят решение. В случае А можно использовать фишки, в случае Б можно воспользоваться шахматными ладьями и уголком шахматной доски. В обоих случаях мы приходим к расположению

за наименьшее возможное число шагов.

См. также решение головоломки 94.

14. На рисунке показано, как Ткач разрезал квадратный кусок прекрасной ткани на четыре части одинаковых формы и размера так, чтобы каждая часть содержала вышитого льва и замок неповрежденными.

15. Было 4 порции пирога и 4 порции печеночного паштета, которые следовало распределить среди 8 из 11 паломников. Но 5 из этих 11 хотят есть только пирог, 4 – только паштет, а 2 – и то и другое блюдо. Любая возможная комбинация должна попасть в одну из следующих групп: 1) пирог распределяется целиком между первыми пятью из упомянутых паломников; 2) только одному из «всеядной» пары дается пирог; 3) пирог дается другому из этой пары; 4) пирог дается обоим из этой пары. Число возможных комбинаций соответственно равно: 1) 75; 2) 50; 3) 10; 4) 10, что в общей сложности дает 145 способов выбора восьми участников. В большинстве случаев называют ответ 185, просмотрев то обстоятельство, что в сорока случаях в группе (3) еду получают те же самые 8 гостей, что и в группе (2), хотя «всеядная» пара и ест предложенные блюда по-разному. Именно в этом месте просчиталась вся компания.

16. Числом, которое Пристав церковного суда назвал по секрету Батской ткачихе, было 29, а начать счет ей следовало с Доктора медицины, который стоял непосредственно справа от нее. Первый раз 29 выпадает на Шкипера, который выходит из круга. Второй раз счет падает на Доктора, который выбывает следующим. Оставшиеся три раза счет выпадает соответственно на Повара, Пристава и Мельника. Следовательно, все леди остались бы на ночлег в таверне, если бы не роковая сшибка доброй ткачихи. Вместо 29 можно было бы взять любое кратное 2520 плюс 29, причем счет следовало начинать с Доктора.

17. Монах мог поместить собак в конуры 2926 различными способами так, чтобы на каждой стороне было по 10 собак. Число собак может изменяться от 20 до 40; в этих пределах всегда можно расположить собак нужным способом.

Решение этой головоломки в общем виде не просто. В случае п собак на каждой стороне квадрата число различных способов равно

при п нечетном и

при п четном, если считать только те размещения, которые существенно различны. Но если мы будем считать все перевернутые и отраженные размещения различными, как и поступал сам Монах, то п (четное или нечетное) собак можно разместить

способами. Дабы возможно было поместить по п собак на каждой стороне, их число должно быть не меньше 2п и не больше 4п, но внутри этих границ его молено взять любым.

Обобщение принципа, лежащего в основе этой головоломки, приведено в задаче 42.

18. Существует 264 различных способа, которыми шхуна «Маделена» могла совершить десять ежегодных плаваний, не проходя ни по какому пути дважды. Каждый год она должна заканчивать плавание на том же острове, откуда она впервые отчалила.

19. Аббат из Черси был совершенно прав. Этот крест странной формы можно разрезать на четыре части, из которых затем удается сложить правильный квадрат. Как это сделать, показано на рисунке.

20. Здесь мы действительно сталкиваемся с запутанной задачей. Наши учебники сообщают, что все сферы подобны и что соответствующие объемы относятся, как кубы линейных размеров. Следовательно, поскольку окружности двух сосудов равны соответственно одному и двум футам, а кубы единицы и двух в сумме дают 9, то нам остается только найти два других числа, сумма кубов которых равнялась бы 9. Разумеется, эти числа должны быть дробными. Кстати, этот маленький вопрос привлекал внимание образованнейших людей своего времени на протяжении двух с половиной столетий. Хотя Ферма в XVII в. показал, как можно найти ответ из двух дробей со знаменателем, содержащим не менее чем 21 цифру, этим исчерпываются не только все опубликованные ответы, полученные с помощью его метода, который я нашел неточным, но и никогда не публиковавшийся много меньший результат, приведенный ниже. Кубы чисел

6 сумме дают ровно 9, и, следовательно, такими долями фута должны выражаться длины окружностей двух сосудов, про которые Доктор сказал, что они должны вместе содержать такое же количество жидкости, как и показанные два сосуда. Один выдающийся клерк страховой компании и еще один корреспондент взяли на себя труд возвести в куб эти числа, и они оба нашли мои ответ совершенно правильным.

Если бы исходные сосуды имели в окружности соответственно 1 и 3 фута, то ответом служили бы числа

сумма кубов которых равна 28. (См. также головоломку 61.)

Зная какое-то выражение числа в виде суммы или разности двух кубов, мы можем по формуле получить отсюда бесконечно много других представлений этого числа с помощью попеременно положительных и отрицательных чисел. Так, Ферма, отправляясь от известного равенства 13 + 23 = 9 (которое мы назовем основным), сначала получил решение из больших отрицательных чисел, а затем решение из еще больших положительных чисел. Но существует бесконечно много основных соотношений, и я с помощью ряда проб нашел исходное решение из отрицательных чисел (меньших, чем те, что на первом шаге получил Ферма), из которого я уже и вывел решение, указанное выше. Это простое объяснение.

О любом числе до 100, за исключением 66, мы можем сказать, представимо ли оно в виде суммы двух кубов или нет. Студентам следует обратиться к курсу теории чисел.

Несколько лет назад я опубликовал решение для случая

для которого Лежандр привел обстоятельное «доказательство» невозможности такого представления, но я обнаружил, что Люка предвосхитил появление моего решения.

21. На рисунке показано, как можно посадить 16 деревьев, чтобы они образовали 15 рядов по 4 дерева в каждом ряду. Это число рядов больше того, которое уже давно считалось максимальным. Хотя при нынешнем уровне наших знаний невозможно строго доказать, что число 15 нельзя превзойти, тем не менее я свято верю в то, что это максимально возможное число рядов.

22. Ответ приведен на рисунке, где сумма чисел вдоль каждого из 10 рядов равна 30.

Трюк состоит в том, что хотя 6 бутылок (3, 5, 6, 9, 10 и 15), в которых стоят цветы, и не передвигаются, но все 16 бутылок не обязаны располагаться точно на том же участке стола, что и раньше. На самом деле квадрат передвинут на один шаг влево.

23. Портрет можно нарисовать, не отрывая карандаша от бумаги, одним росчерком, поскольку на нем есть только две точки, в которых соединяется нечетное число линий, но при этом совершенно необходимо, чтобы рисунок начинался в одной из этих точек, а заканчивался в другой. Одна точка находится вблизи внешнего края левого глаза короля, а другая – под ней, на левой щеке.

24. Пятьсот серебряных пенни можно разместить по четырем мешкам при заданных условиях ровно 894 348 различными способами. Если бы монет было 1000, то число способов возросло бы до 7 049 112. Это трудная задача на разбиение чисел. У меня есть единая формула, позволяющая решить задачу при любом числе монет для случая четырех мешков, но ее крайне трудно получить, и лучший метод состоит в том, чтобы найти 12 отдельных формул для различных сравнений по модулю 12.

25. Даже поверхностное изучение исходного рисунка покажет читателю, что если понимать условия такими, какими они кажутся с первого взгляда, то головоломку решить совершенно невозможно. Следовательно, нужно поискать какую-нибудь брешь в условиях, если их понимать буквально.

Если бы Священник мог обойти исток реки, то на пути в церковь он смог бы пройти по одному и только одному разу через каждый мост, как показано на рисунке. Мы вскоре увидим, что это не запрещено. Хотя на рисунке показаны все мосты в приходе, но на нем представлена лишь часть самого прихода. Нигде не сказано, что река не берет свое начало на территории прихода, и, поскольку это единственный способ решить задачу, мы должны принять, что река начинается в данном приходе. Следовательно, на рисунке показано решение. Стоит отметить, что условие четко запрещает нам обходить устье реки, поскольку в нем сказано, что река впадает в море «через несколько сотен миль к югу», а ни один приход на свете не тянется на сотни миль!

26. На рисунке показано, каким образом треугольный кусок материи можно разрезать на 4 части, из которых затем удается сложить правильный квадрат. Разделим AB пополам в точке D, а ВС в точке Е. Продолжим прямую АЕ до точки F так, чтобы EF равнялось ЕВ. Разделим пополам AF в точке G и проведем дугу AНF. Продолжим ЕВ до точки Н; ЕН как раз и равно стороне искомого квадрата. Из Е как из центра радиусом ЕН опишем дугу HJ и отложим отрезок JK, равный BE. Теперь из точек D и К опустим перпендикуляры на EJ с основаниями в точках L и М. Если вы все это проделаете аккуратно, то и получите отрезки, вдоль которых следует провести разрезы.

Я выступал с этой задачей, поставленной в более общей форме, перед Королевским обществом в Берлингтон-Хауз, а также в Королевском институте.

Эта задача была также предложена читателям газеты «Дейли мейл» (выпуски от 1 и 8 февраля 1905 г.), но среди сотен ответов не было ни одного правильного. Исключение составил лишь ответ К. У. М'Елроя.

Я добавил еще один рисунок, на котором решение задачи показано в более любопытной и удобной для практики форме. Все части модели можно сделать из красного дерева, скрепив их бронзовыми шарнирами, дабы ее удобно было показывать в аудитории. Легко заметить, что все четыре части образуют нечто вроде цепочки. Если закрутить эту цепочку в одном направлении, то получится треугольник, а если ее закрутить в противоположную сторону, то получится квадрат.

27. Правильный ответ – это 18 816 различных путей. Общая формула для 6 лилий и любого квадрата, большего 22, такова: 6 умножить на квадрат числа комбинаций из п элементов по 3, где п – число лилий на стороне квадрата. Разумеется, если п четно, то число оставшихся лилий должно быть четным, а если п нечетно, то и это число должно быть нечетным.

28. В этой небольшой задаче мы пытались показать, как с помощью всяких софизмов на первый взгляд удается доказать, что диагональ квадрата имеет ту же длину, что и две его стороны. Головоломка состояла в том, чтобы найти ошибку в рассуждениях, ибо такая ошибка безусловно есть, если мы считаем, что прямая реализует кратчайшее расстояние между двумя точками. Но где же вкралась ошибка?

Ясно, что, коль скоро наш зигзаг составлен из «ступенек», параллельных сторонам квадрата, его длина равна сумме длин двух сторон квадрата. Не важно даже, потребуется ли вам, чтобы разглядеть эти ступеньки, мощный микроскоп. Но ошибка состоит в допущении, что такой зигзагообразный путь может стать прямой линией. С помощью этого метода даже при неограниченном (по крайней мере теоретически) увеличении числа таких ступенек вы никогда не получите прямой линии. При переходе от зигзага с миллиардом ступенек к прямой практически вы совершите такой же «скачок», как и в самом начале, перейдя от двух сторон квадрата к его диагонали. Сказать, что увеличивая число ступенек, мы в конце концов получим прямую, так же абсурдно, как и утверждать, что, бросая камешки в корзину, мы в конце концов получим золотые монеты. В этом-то и состояла вся заковыка.

29. Поверхность воды или другой жидкости всегда имеет сферическую форму, а чем больше сфера, тем менее выпуклым будет ее участок. Верхний диаметр любого сосуда на вершине горы будет служить основанием сегмента большей сферы, чем у подножья. Эта сфера в силу вышесказанного должна быть менее выпуклой. Иными словами, сферическая поверхность воды будет меньше возвышаться над краем сосуда, и, следовательно, на вершине горы в него вмещается меньше воды, чем вмещалось у ее подножья. Поэтому читатель волен выбрать любую гору, какая ему понравится, будь она в Италии или где-либо еще!

30. Число различных способов равно 63 504. Общая формула для таких расположений, когда число букв в предложении-палиндроме равно 2n+1, без диагоналей имеет вид [4(2 n – 1)]2.

Я думаю, что было бы неплохо привести здесь формулу для общего решения каждой из четырех наиболее обычных форм такой ромбовидной головоломки. Под словом «прямая» я понимаю полную диагональ. Так, в случаях а, б, в и г прямые соответственно содержат 5, 5, 7 и 9 букв. В случае а есть непалиндромная прямая (соответствующее слово BOY – мальчик), и общее решение для таких случаев, где эта прямая состоит из 2/7 + 1 букв, имеет вид 4(2 n – 1). Когда прямая представляет собой единственный палиндром со средней буквой в центре, как в случае б (соответствующее слово LEVEL – уровень), то общая формула имеет вид 4[(2 n – 1)]2. Именно к этому типу относится головоломка крысолова. В случаях виг мы имеем двойные палиндромы, но весьма различных типов. В случае в, где прямая содержит 4n – 1 букву, общее решение имеет вид 4(22n – 2). Но случай г – самый трудный изо всех.

Я хочу подчеркнуть еще раз, что в рассматриваемых ромбах:

1) не разрешается чтение по диагоналям (это особенно важно в случаях, когда такое чтение в принципе возможно);

2) начинать можно с любого места;

3) читать можно, двигаясь вперед и назад и используя при однократном чтении некоторые буквы более одного раза, но одну и ту же букву нельзя использовать дважды подряд.

Последнее условие легче понять, если читатель обратится к случаю в, где нельзя двигаться вперед и назад, не использовав два раза подряд первое О, что запрещает пункт (3). В случае г все устроено совсем иначе, и именно отсюда возникают большие трудности. Формула для случая г имеет вид

где число букв на прямой равно 4n+1. В приведенном здесь примере n=2, а число способов равно 400.

31. Простак Пахарь, чье предложение казалось таким нелепым, был совершенно прав: Мельник должен получить 7 монет, а Ткач – лишь одну. Поскольку все трое съели одинаковые порции хлеба, то, очевидно, на долю каждого пришлось по 8/3 каравая. Следовательно, поскольку Мельник внес 15/3, а съел 8/3, то 7/3 каравая он отдал Эконому, тогда как Ткач внес 9/3, съел 8/3 и отдал Эконому 1/3. Таким образом, поскольку они отдали Эконому порции хлеба в отношении 7:1, то в том же отношении следует и поделить между ними 8 монет.

 

Сэр Хьюг объясняет свои задачи

Друзья сэра Хьюга были настолько озадачены многими из его странных головоломок, что ему пришлось собрать родственников и домочадцев и объяснять свои задачи.

– По правде говоря, – сказал он, – некоторые из моих загадок слишком сложны для неискушенного ума. И все же я попытаюсь объяснить их так, чтобы все смогли понять, в чем здесь дело. Есть люди, которые не способны сами додуматься до ответа, но, когда им сообщают решение, они могут разобраться в нем и получить при этом удовольствие.

32. Сэр Хьюг объяснил, что если лунки находятся на расстояниях 300, 250, 200, 325, 275, 350, 225, 375 и 400 ярдов, а человек всегда может послать мяч строго по прямой на расстояние либо в 125, либо в 100 ярдов, он сумеет закончить игру за 26 ударов. Это совершенно верно, поскольку, если мы назовем «прогоном» удар, соответствующий 125 ярдам, а «подходом» – удар, соответствующий 100 ярдам, то можно играть следующим образом. Первой лунки можно достичь за 3 подхода, второй – за 2 прогона, третьей – за 2 подхода, четвертой за 2 подхода и один прогон, пятой – за 3 прогона и 1 обратный подход, шестой – за 2 прогона и 1 подход, седьмой – за 1 прогон и 1 подход, восьмой – за 3 прогона и, наконец, до девятой лунки можно добраться за 4 подхода. Всего, таким образом, получается 26 ударов. За меньшее число ударов игру закончить невозможно.

33.

– Клянусь пресвятой Девой! – воскликнул сэр Хьюг, – если бы кого-нибудь вон из тех молодцов заковали в цепи, чего они воистину заслужили за свои грехи, тогда бы он, быть может, узнал, что длина любой цепочки, состоящей из одинаковых колец, равна внутренней ширине кольца, умноженной на число колец, да еще к этому надо прибавить удвоенную толщину железного прута, из которого сделаны кольца. Можно показать, что внутренняя ширина каждого из колец равна 12/3 дюйма, что число колец, выигранных Стивеном Мале, равно 3, а Анри де Турне выиграл 9 колец.

Рыцарь совершенно прав, ибо 12/3 × 3 + 1 =6, а 12/3 × 9+1 = 16– Таким образом, де Турне опередил Мале на 6 колец. Приведенный здесь рисунок может помочь читателю проверить ответ и понять, почему длина цепочки равна внутренней ширине кольца, умноженной на число колец, плюс удвоенная толщина кольца. Можно заметить, что каждое звено, будучи надетым на цепочку, теряет в длине ровно на удвоенную толщину железного прута, из которого сделаны кольца.

34.

– Меня здесь спрашивали, – продолжал сэр Хьюг, – как можно найти камеру в Темнице мертвой головы, в которой томилась дева. Будь я проклят, если это так уже трудно! Главное – знать, как приступить к делу. Пытаясь пройти через каждую дверь один раз и не больше, вы должны заметить, что каждая камера имеет две или четыре двери, за исключением двух, у которых только по три двери. Теперь раскиньте-ка мозгами: вы не можете войти и выйти из какой-то камеры, пройдя через каждую дверь ровно по одному разу, если число дверей нечетно. Но поскольку таких камер с нечетным числом дверей две, вы с успехом можете пройти весь путь, начав его в одной из этих камер, а закончив в другой. Прошу заметить, что только одна из этих камер внешняя, так что именно из нее следует начинать путь. Тогда совершенно ясно, любезные господа, что благородная дева томилась в другой камере с нечетным числом дверей.

Рисунок делает это совершенно очевидным. Камеры с нечетным числом дверей отмечены звездочками, а пунктиром показан один из многих возможных путей. Совершенно ясно, что вы должны начать путь от нижней звездочки, а закончить его в верхней; следовательно, искомая камера расположена над левой глазницей.

35.

– Сказано, что доказать существование пудинга можно лишь с помощью собственных челюстей, и, клянусь зубом святого Георгия, я не знаю, как еще объяснить нужное расположение чисел, если не показать его. Поэтому я здесь и написал числа, сумма которых вдоль каждой из прямых, расположенных на мишени, равна 23.

Мне кажется, что относительно решения де Фортибуса стоит добавить несколько замечаний. Девятнадцать чисел можно расположить таким образом, чтобы сумма вдоль каждой прямой равнялась любому числу от 22 до 38 включительно, кроме 30, В некоторых случаях существует несколько различных решений, но в случае 23 их только два. Я привел одно из них. Чтобы получить другое, поменяйте на рисунке местами 7, 10, 5, 8, 9 соответственно с 13, 4, 17, 2, 15. Также поменяйте местами 18 с 12, а остальные числа оставьте на прежних местах. В каждом случае в центре должно находиться четное число; им может оказаться любое число от 2 до 18. У каждого решения есть дополнительное к нему решение. Таким образом, если вместо каждого числа на приведенном рисунке мы поставим разность между ним и 20, то получим решение для случая 37. Аналогичным образом из расположения на исходном рисунке мы сразу же получим решение для случая 38.

36. Сэр Хьюг весьма озадачил своего главного зодчего, потребовав от него построить окно, у которого каждая сторона равнялась бы одному футу и которое было бы разделено железными прутьями на восемь одинаковых просветов с равными сторонами. На рисунке показано, как это можно сделать.

Нетрудно заметить, что стороны окна равны одному футу, а каждая сторона треугольных просветов составляет половину фута.

– По правде говоря, мой добрый зодчий, – сказал лукаво де Фортибус, обращаясь к мастеру, – я не требовал от тебя, чтобы окно было квадратным; совершенно ясно, что оно и не может быть таковым.

37.

– Клянусь пальцами святого Модена, – воскликнул сэр Хьюг де Фортибус, – мой бедный ум никогда не придумывал ничего более искусного и более занимательного. Меня словно озарило, и теперь, по прошествии некоторого времени, я все больше восхищаюсь головоломкой, которая представляется мне все труднее и труднее. Мои господа и родичи, я сейчас покажу вам, как она решается.

Затем достойный рыцарь указал на слегка неправильную форму полумесяца – его два участка от а до d и от с до d представляют собой отрезки прямых, а дуги ас и bd в точности одинаковы. Если сделать разрезы, показанные на рисунке 1, то из четырех получившихся частей (кривые на рисунке 2) можно сложить правильный квадрат. Если теперь этот квадрат разрезать (прямые на рисунке 2), то мы получим 10 частей, из которых можно будет затем сложить симметричный греческий крест, который вы видите на рисунке 3. Пропорции полумесяца и креста на исходном рисунке были указаны правильно, и можно показать, что решение получается абсолютно точное, а не приближенное.

Мне известно решение с существенно меньшим числом частей, но его значительно труднее понять, чем приведенное, где все упрощается введением промежуточного квадрата.

38. Головоломка состояла в том, чтобы, начиная от верхнего А и двигаясь вниз от одной соседней буквы к другой, подсчитать, сколькими различными способами можно прочитать слово ABRACADABRA.

– Теперь обратите внимание, добрые друзья мои, – сказал сэр Хьюг, обращаясь ко всем, кто находился рядом, – что вначале есть два пути: вы можете выбрать любое В, затем любое R и так далее до самого конца. До каждой из букв можно добраться, двигаясь от верхнего А, соответственно 2, 4, 8, 16, 32 и т. д. способами. Следовательно, поскольку нужно сделать 10 шагов, спускаясь от верхнего А до нижней строки, нам остается только умножить 2 на себя 10 раз. В результате мы и получим искомое число, равное 1024.

39. Хотя сэр Хьюг и заявил, что нет нужды измерять шест, все же совершенно необходимо было определить его высоту. Друзьям и домочадцам сэра Хьюга де Фортибуса было хорошо известно, что он имел шесть футов росту. На исходном рисунке можно заметить, что рост сэра Хьюга в два раза больше длины его тени. Следовательно, высота флагштока в том же месте и в то же время дня тоже должна вдвое превышать длину его тени. Длина тени флагштока равна росту сэра Хьюга, следовательно, она составляет 6 футов, а высота флагштока – 12 футов. Далее, улитка, поднимаясь на 3 фута днем и опускаясь на 2 фута ночью, поднимается в действительности за сутки на 1 фут. В конце девятых суток она окажется в трех футах от вершины и, значит, закончит свое путешествие на десятый день.

Читатель, безусловно, воскликнет здесь:

– Все это очень хорошо, но как мы могли узнать рост сэра Хьюга? О нем ничего не говорилось!

Действительно, прямо на это не указывалось, но для людей искушенных не составит труда его определить. На рисунке к задаче 36 сэр Хьюг изображен у квадратного окна, про которое сказано, что его сторона равна 1 футу. Следовательно, отложив эту длину (нужное число раз), можно было убедиться, что рост сэра Хьюга в 6 раз превышает высоту окна, то есть равен 6 футам!

40. Последняя головоломка была, без сомнения, крепким орешком, но, надо думать, трудности не делают хорошую головоломку менее интересной, когда нам покажут ее решение. На приведенном здесь рисунке показано, как была выложена крышка у шкатулки леди Изабеллы де Фитцарнульф. Это единственное возможное решение, и удивительно (хотя я и не могу привести здесь довольно тонкий метод решения), что число, размеры и порядок расположения квадратов определяются размерами золотой полоски и что крышка шкатулки не может иметь других размеров, отличных от 20 квадратных дюймов. Число, указанное в каждом квадрате, равно длине его стороны, выраженной в дюймах, так что ответ можно проверить почти с одного взгляда.

Сэр Хьюг сделал несколько общих замечаний, которые не совсем безынтересны и сегодня.

– Друзья и домочадцы, – сказал он, – если те странные порождения моего бедного ума, о которых мы так приятно поговорили сегодня вечером, и оказались, быть может, малоинтересными для вас, пусть они послужат напоминанием разуму о том, что наша быстротекущая жизнь окружена и наполнена загадками.

 

Решения загадок ридлуэлских монахов

41. Перенумеруйте корзинки, показанные на исходном рисунке, от 1 до 12 в направлении, в котором, как мы видим, двигается брат Джонатан. Начиная от 1, действуйте, как указано ниже, причем «1 в 4» означает, что надо взять рыбку из корзинки 1 и переложить ее в корзинку 4.

1 в 4, 5 в 8, 9 в 12, 3 в 6, 7 в 10, 11 в 2 и кончайте последний обход, перейдя к 1; при этом вы совершите всего три обхода. Можно действовать и по другому: 4 в 7, 8 в 11, 12 в 3, 2 в 5, 6 в 9, 10 в 1. Легко решить задачу за четыре обхода, но решения с тремя обходами найти труднее.

42. Если бы аббат не требовал, чтобы в каждой келье жило не более трех человек и чтобы каждая келья была занята, то можно было бы оказать гостеприимство 24, 27, 30, 33, 39 или 42 паломникам. Но если принять 24 паломника так, чтобы на втором этаже было вдвое больше человек, чем на первом, и чтобы на каждой стороне было по 11 человек, то некоторые кельи пришлось бы оставить пустыми. Если, с другой, стороны, мы попробуем разместить 33, 36, 39 и 42 паломника, то нам придется в некоторых кельях разместить более трех человек.

Таким образом, предполагавшееся число паломников равнялось 27, а поскольку их прибыло на 3 человека больше, то истинное число паломников составило 30. На приведенном здесь рисунке показано, как их можно разместить в каждом случае; при этом видно, что все условия выполнены.

43. Правильное решение показано на приведенном здесь рисунке. Никакой изразец не находится на одной прямой (вертикальной, горизонтальной или диагональной) с другим изразцом того же рисунка, причем использовано только три простых изразца. Если, расположив львов, вы ошибочно используете четыре изразца какого-либо другого рисунка вместо трех, то у вас окажется четыре места, куда придется поместить простые изразцы.

Трюк заключается в том, чтобы взять четыре изразца одного рисунка и только по три изразца каждого другого рисунка.

44. Вопрос состоял в том, чего больше взял брат Бенджамин: вина из бутылки или воды из кувшина. Оказывается, ни того, ни другого. Вина было перелито из бутылки в кувшин ровно столько же, сколько воды было перелито из кувшина в бутылку. Пусть для определенности бокал содержал четверть пинты. В бутылке была 1 пинта вина, а в кувшине – 1 пинта воды. После первой манипуляции в бутылке содержались 3/4 пинты вина, а в кувшине – 1 пинта воды, смешанная с 1/4 пинты вина. Второе действие состояло в том, что удалялась 1/5 содержимого кувшина, то есть 1/5 одной пинты воды, смешанной с 1/5 одной четверти пинты вина. Таким образом, в кувшине были оставлены 4/5 четверти пинты (то есть 1/5 пинты), тогда как из кувшина в бутылку было перелито равное количество (1/5 пинты) воды.

45. В бочонке было 100 пинт вина, и Джон-келарь 30 раз отливал оттуда по пинте, наливая взамен пинту воды. После первого раза в бочонке оставалось 99 пинт вина; после второго раза его оставалось 9801/100 (квадрат 99, деленный на 100); после третьего раза в бочонке оставалось 970299/10000 (куб 99, деленный на квадрат 100); после четвертого раза там оставалась четвертая степень 99, деленная на куб 100, а после тридцатого раза в бочонке оставалась тридцатая степень 99, деленная на двадцать девятую степень 100. Это при обычном методе вычисления приведет к делению 59-значного числе на 58-значное! Однако с помощью логарифмов удается быстро установить, что в бочонке осталось количество вина, очень близкое к 73,97 пинты. Следовательно, украденное количество приближается к 26,03 пинты. Монахам, конечно, не удалось получить ответ, поскольку у них не было таблиц логарифмов и они не собирались проводить долгие и утомительные выкладки, дабы «в точности» определить искомую величину, что оговорил в условии хитрый келарь.

С помощью упрощенного метода вычислений я удостоверился, что точное количество украденного вина составило

26,0299626611719577269984907683285057747323737647323555652999

пинты. Человек, который вовлек монастырь в вычисление 58-значной дроби, заслуживал сурового наказания.

46. Правильным ответом будет 602 176. Такое число крестоносцев могло образовать квадрат 776×776. После того как к отряду присоединился еще один рыцарь, можно было образовать 113 квадратов по 5329 (73×73) человек в каждом. Другими словами, 113×(73)2-1=(776)2. Это частный случай так называемого уравнения Пелля.

47. Читатель знает, что целые числа бывают простыми и составными. Далее, 1 111 111 не может быть простым числом, ибо если бы оно было таковым, то единственными возможными ответами оказались бы те, что предложил брат Бенджамин и отверг брат Питер. Точно так же оно не может разлагаться в произведение более двух простых сомножителей, ибо тогда решение оказалось бы не единственным. И действительно, 1 111 111 = 239×4649 (оба сомножителя простые); поскольку каждая кошка уничтожила больше мышей, чем всего было кошек, то кошек было 239 (см. введение).

В общем случае данная задача состоит в нахождении делителей (если они имеются) чисел вида (10n – 1)/9.

Люка в свой книге «Занимательная арифметика» приводит несколько удивительных таблиц, которые он позаимствовал из арифметического трактата под названием «Талкис», принадлежащего арабскому математику й астроному Ибн Албанна, жившему в первой половине XIII века. В Парижской национальной библиотеке имеется несколько манускриптов, посвященных «Талкис», и комментарий Алкаласади, который умер в 1486 г. Среди таблиц, приведенных Люка, есть одна, где перечислены все делители чисел указанного вида вплоть до п = 18. Кажется почти невероятным, что арабы того времени могли найти делители при п = 17, приведенные во введении к настоящей книге. Но Люка утверждает, что они имеются в «Талкис», хотя выдающийся математик читает их по-другому, и мне кажется, что их открыл сам Люка. Это, разумеется, можно было бы проверить, обратившись непосредственно к «Талкис», но во время войны сделать это оказалось невозможно.

Трудности возникают исключительно в тех случаях, когда п – простое число. При п = 2 мы получаем простое число 11. Для п = 3, 5, 11 и 13 делители соответственно равны (3×37), (41×271), (21649×513 239) и (53×79×265371653). В этой книге я привел уже делители для п = 7 и 17. Делители в случаях п = 19, 23 и 37 неизвестны, если они вообще имеются. При п = 29 делителями будут (3191×16 763×43 037×62 003×77 843× 839 397); при п = 31 одним из делителей будет 2791; при п = 41 два делителя имеют вид (83×1231).

Что же касается четных и, то следующая любопытная последовательность сомножителей, несомненно, заинтересует читателя. Числа в скобках – простые.

п = 2 = (11)

п = 6 = (11) × 111 × 91

п = 10 = (11) × 11 111 × (9091)

п =14 = (11) × 1 11l 111 × (909091)

п =18 = (11) × 111 111 111 × 90 909 091

Или мы можем записать делитель иначе:

п = 2 = (11) п = 6 = 111 × 1001

п = 10 = 11 111× 100001

п = 14 = 1 111 111 × 10 000 001

п =18 = 111 111 111 × 1 000 000 001

В приведенных выше двух таблицах п имеет вид 4m + z. Когда п имеет вид 4m, делители можно записать следующим образом:

п= 4 = (11) × (101)

п= 8 = (11) × (101) ×10001

п = 12 = (11) × (101) × 100 010 001

п = 16 = (11) × (101) × 1 000 100 010 001

При п = 2 мы получаем простое число 11; при п = 3 делителями будут 3 × 37; при п = 6 они имеют вид 11 × 3 × 37 × 7 × 13; при п = 9 получается 32 × 37 × 333 667. Следовательно, мы знаем, что делителями при п = 18 будут 11 × 32 × 37 ×7 × 13 × 333 667, тогда как остающийся множитель – составной и может быть представлен в виде 19 × 52 579. Это показывает, как можно упростить работу в случае составного п.

48. Наименьшее число шагов равно 118. Я приведу решение полностью. Белые кружки двигаются по часовой стрелке, а черные – в противоположном направлении. Ниже приведены номера кружков, которые следует перемещать в указанном порядке. Сдвигаете ли вы просто кружок на соседнее место или перепрыгиваете через другой кружок, станет ясно из расположения кружков, ибо иной альтернативы не будет. Ходы, указанные в скобках, следует совершать пять раз подряд: 6, 7, 8, 6, 5, 4, 7, 8, 9, 10, 6, 5, 4, 3, 2, 7, 8, 9, 10, 11 (6, 5, 4, 3, 2, 1), 6, 5, 4, 3, 2, 12 (7, 8, 9, 10, И, 12), 7, 8, 9, 10, 11, 1, 6, 5, 4, 3, 2, 12, 7, 8, 9, 10, 11, 6, 5, 4, 3, 2, 8, 9, 10, 11, 4, 3, 2, 10, 11, 2. Таким образом, при заданных условиях мы сделали 118 ходов; черные лягушки поменялись с белыми местами, причем номера 1 и 12 также поменялись местами.

В общем случае потребуется 3n2 + 2n – 2 ходов, где п равно числу лягушек каждого цвета. Закон, управляющий последовательностью ходов, легко обнаружить, рассматривая наиболее простые случаи, где п = 2, 3 и 4.

Если вместо кружков с номерами 1 и 12 должны поменяться местами кружки с номерами 6 и 7, то потребуется п г – 4п + 2 ходов. Если мы придадим п значение 6, как в нашем случае, то получится 62 хода.

 

Как удалось бежать королевскому шуту

Хотя королевский шут и пообещал «потом все объяснить», записей, где бы говорилось, как он это сделал, не сохранилось. Поэтому я предложу читателю мою собственную точку зрения относительно вероятного решения предложенных загадок.

49. Шут «разделил веревку пополам» – это вовсе не означает, что он разрезал ее на две равные части. Без сомнения, он просто расплел жгуты, из которых она была свита, и разъединил их, так что у него получились две веревки, равные по длине исходной, но вдвое тоньше ее. Связав их, он получил веревку, которая оказалась почти вдвое длиннее исходной и позволила ему спуститься вниз из окна темницы.

50. Как шут нашел во тьме путь из лабиринта? Он просто прикоснулся своей левой (или правой) рукой к стене и, не отрывая ее, двинулся вперед Пунктир на рисунке поможет проследить его путь, если шут пошел из А влево Если читатель попытается проложить аналогичный путь вправо, то он также добьется успеха. На самом деле эти два пути вместе покрывают все участки стен лабиринта, за исключением двух изолированных частей слева (одна из них U-, а другая – Е-образная).

Это правило приложимо к большинству лабиринтов и головоломных садов; однако если бы центральная часть оказалась окруженной изолированной стеной наподобие кольца со щелью, то шут все ходил бы и ходил вокруг этого кольца.

51. Головоломка состояла в том, чтобы найти английское слово из трех букв, по одной букве на каждом диске. В английском языке нет слов, составленных из одних согласных, а единственной гласной на всех дисках является Y. Ни одно английское слово из трех букв, начинающиеся с Y, не содержит в качестве остальных букв одни согласные, а слова из трех букв, кончающиеся на Y (с двумя согласными), либо начинаются на S, либо в качестве второй буквы содержат H, L или R. Но этих четырех согласных нет на дисках. Следовательно, Y должно стоять в середине, а единственное подобное слово, которое мне удалось обнаружить, – это PYX. Так что именно оно и служит решением нашей головоломки.

52. Без сомнения, читатель улыбнется, услышав, что лодка с человеком может двигаться вперед в стоячей воде с помощью причальной веревки. И тем не менее это факт. Если шут привяжет конец веревки к корме, а потом, стоя на носу, начнет делать ею резкие рывки, то лодка будет двигаться вперед. Этим часто пользуются на практике и утверждают, что таким образом можно развить скорость от двух до трех миль в час.

53. Эта головоломка должна показаться многим читателям абсолютно неразрешимой. Шут сказал: «В каждый из 16 садов я вошел по одному и не более разу». Если мы проследуем путем, указанным на рисунке пунктиром, то обнаружим, что совсем нетрудно войти по одному разу во все сады, кроме одного, прежде чем мы достигнем последнего сада с выходом В.

Трудность состоит в том, чтобы войти в сад, отмеченный звездочкой, поскольку если мы уйдем из сада В, то нам перед уходом придется войти туда второй раз, что запрещено условием. Трюк состоят в том, что войти в сад со звездочкой следует, не покидая при этом другой сад. Представьте себе, что шут, подойдя к проходу (пунктирная линия делает здесь острый угол), хотел спрятаться в саду со звездочкой, но, уже поставив одну ногу на эту звездочку, обнаружил, что тревога была напрасной. Он с полным основанием, мог сказать: «Я вошел в сад со звездочкой, ибо я перенес в него одну ногу и часть корпуса, но я не вошел в другой сад дважды, поскольку, войдя туда однажды, я не покидал его до тех пор, пока не вышел через ворота В». Это единственный возможный ответ, и, конечно, шут имел в виду именно его.

54. Решение этой головоломки лучше всего объяснить с помощью рисунка. Если шут положил свои 8 досок указанным здесь способом через угол, образованный канавой, то он сумел довольно просто перебраться через нее.

Таким образом королевский шут мог преодолеть все трудности и благополучно бежать, что он, как нам сообщает, и сделал.

 

Как совершались различные трюки на рождественском вечере у сквайра

Запись одного из ежегодных «головоломных рождественских вечеров» у сквайра Дэвиджа, сделанная одной из юных родственниц этого старого джентльмена, которая часто проводила веселые рождественские праздники в Стоук Коурси-Холле, не дает разгадки тайн. Поэтому я приведу мои собственные ответы на все головоломки и попытаюсь сделать их по возможности понятнее для тех, кто более или менее новичок в таких делах.

65. У мисс Чарити Локайер был, очевидно, в запасе какой-то трюк, и, мне кажется, что скорее всего он состоял в следующем. Она предложила разложить десять кусков сахару по трем чашкам так, чтобы в каждой оказалось нечетное число кусков.

На рисунке приведен возможный ответ, а цифры на чашках означают число кусков, положенных в каждую из них по отдельности. Помещая чашку, содержащую один кусок, в чашку, содержащую два куска, мы можем проверить, что действительно каждая из них содержит нечетное число кусков. В оставшейся чашке 7 (нечетное число) кусков. Итак, в одной чашке находится 1 кусок, во второй – 3 и в третьей – 7 кусков. Очевидно, что если чашка содержат другую чашку, то в ней находится и содержимое этой чашки.

Всего имеется пятнадцать различных решений этой головоломки:

Перше два числа в тройках показывают число кусков соответственно во внутренней и внешней чашках, вставленных друг в друга. Стоит отметить, что внешняя чашка этой пары сама по себе может быть пустой.

56.· Трюк в данной головоломке заключался в следующем. Из одиннадцати монет удаляется пять, затем добавляются четыре монеты (к этим уже удаленным), и у вас получается девять монет – во второй кучке удаленных монет!

57. Фермер Роуз послал на рынок ровно 101 гуся· Джейбз сначала продал мистеру Джасперу Тайлеру половину стада и полгуся сверх того (то есть 50 1/2 + 1/2 = 51, оставив 50 гусей); затем он продал фермеру Эйвенту треть остатка и еще треть гуся (то есть 16 2/3 + 1/3 = 17, оставив 33 гуся); потом он продал вдове Фостер четверть остатка и еще три четверти гуся (то есть 8 1/4 + 3/4 = 9, оставив 24 гуся); далее он продал Нэду Кольеру пятую часть остатка из еще подарил пятую часть гуся (то есть 4 4/5 + 1/5 = 5, оставив 19 гусей). Этих 19 гусей он и привез назад.

58. Эта небольшая шутка майора Тренчарда также представляет собой головоломку с трюком, а плутовское выражение лица крайнего справа мальчика с цифрой 9 на спине ясно показывало, что он посвящен в тайну.

Я не сомневаюсь (вспомните намек майора, что на числа надо «правильно смотреть»), что его ответ вы видите на рисунке, где мальчик 9 стоит на голове, отчего число на его спине превращается в 6. Это дает общую сумму 36 (четное число), так что, поменяв местами мальчиков 3 и 4 с 7 и 8, мы получаем 1, 2, 7, 8 и 5, 3, 4, 6, а это в каждом случае дает сумму, равную 18. Существуют три других разбиения мальчиков на группы, удовлетворяющих нужному условию: 1, 3, 6, 8–2, 4, 5, 7; 1, 4, 6, 7–2, 3, 5, 8 и 2, 3, 6, 7–1, 4, 5, 8.

59. На рисунке показано решение данной головоломки. При наложенных условиях оно единственное. Начиная с верхнего пудинга, украшенного остролистом, мы касаемся всех пудингов за 21 прямолинейный проход, пробуя дымящийся пудинг в конце десятого прохода и заканчивая вторым пудингом, украшенным остролистом.

Здесь мы имеем пример невозвратного пути шахматной ладьи между максимально удаленными клетками, Ибо если бы мы пожелали посетить каждую клетку по одному и только одному разу, а начать и закончить путь в противоположных концах одной и той же диагонали, то это оказалось бы невозможным.

Существует довольно много различных путей от одного украшенного пудинга до другого с наименьшим числом (21) прямолинейных проходов, но я их не перечислил. Я записал 14 из них, а возможно, их еще больше. Любой из путей удовлетворяет всем условиям, кроме того, которое касается дымящегося пудинга, Это дополнительное условие было введено, дабы ликвидировать неоднозначность решения. Мне не известно какое-либо другое решение данной головоломки; однако, поскольку я не записал все решения без дополнительного условия, я не могу высказать в настоящее время категорического утверждения по этому вопросу.

60. Как оказалось, каждый из гостей поцеловал каждого под веткой омелы со следующими исключениями и дополнениями: ни одно лицо мужского пола не целовало лиц мужского пола; ни один женатый мужчина не целовал замужних женщин, кроме своей жены; все холостяки и мальчики поцеловали всех девушек и девочек дважды; вдовец не целовал никого; вдовы не целовали друг друга. Каждый поцелуй возвращался и оба таких взаимных поцелуя считались за один. Составляя список всех присутствующих, мы можем удалить из него вдовца, ибо он выступал в роли наблюдателя.

7 женатых пар – 14

3 вдовы – 3

12 холостяков и мальчиков – 12

10 девушек и девочек – 10

Всего – 39 человек

Далее, если бы каждый из 39 человек поцеловал всех остальных, то число поцелуев равнялось бы 741, а если бы 12 холостяков и мальчиков поцеловали 10 девушек и девочек еще по одному разу, то следовало бы добавить 120, что дало бы общее число поцелуев 861. Но поскольку ни один женатый мужчина не целовал замужних женщин, за исключением своей жены, мы должны вычесть 42 поцелуя; поскольку ни одно лицо мужского пола не целовало лиц мужского пола, мы должны вычесть еще 171 поцелуй; а поскольку ни одна вдова не целовала другую вдову, мы должны вычесть и еще 3 поцелуя Следовательно, из общего вдела 861 мы должны вычесть 42+171 + 13 = 216 поцелуев, что приводит к ответу: под веткой омелы всего было совершено 645 поцелуев.

61. Число различных кубов, объем которых в сумме составляет 17 кубических дюймов, бесконечно Здесь приводятся наименьшие измерения. Ребро одного куба должно равняться 2 23 278/40 831 дюйма, а ребро другого 11 663/40 831 дюйма. Если читатель возьмет на себя труд возвести в куб каждое из этих чисел, то обнаружив что сумма будет в точности равна 17. (См. также головоломку 20.)

 

Происшествия в клубе головоломок

62. Один за другим члены клуба находили ключ к тайне двусмысленной фотографии, только Чертой упорно предлагал сдаться. Тогда Герберт Бейнс привел доказательства того, что плащ, который нес на руке лорд Максфорд, был женским, ибо пуговицы на нем располагались на левой стороне, тогда как у мужского плаща они всегда находятся справа. Не похоже, чтобы лорд Максфорд гулял по парижским улицам с перекинутым через руку женским плащом, если бы он не сопровождал его владелицу. Следовательно, он шел вместе с леди.

Пока велась беседа, официант принес Бейнсу телеграмму.

– Ну вот, – сказал Бейнс, прочитав послание, – телеграмма от Доуви: «Не беспокойтесь фото тчк леди оказалась сестрой джентльмена зпт находившейся Париже проездом». Это подтверждает наш вывод. Вы могли бы заметить, что леди легко одета и, следовательно, плащ вполне мог принадлежать ей. Вполне очевидно, что дождь был внезапным и спутники были недалеко от цели, так что она сочла не нужным надевать плащ.

63. Объяснение тайны Корнуэллского утеса оказалось очень простым. И все же это был ловкий трюк, придуманный двумя преступниками, который увенчался бы полным успехом, не появись неожиданно наши друзья из Клуба головоломок. Вот как это происходило. Когда Лэмсон и Марш достигли подъема, Марш один взошел на вершину утеса с большими башмаками Лэмсона в руках. Добравшись до края утеса, он поменял ботинки и задом наперед спустился по склону, неся на этот раз в руках свои собственные ботинки. Поэтому меньшие следы имеют более глубокий отпечаток на пятке, а большие следы – на носке; человек сильнее наступает на пятку, когда идет прямо, и делает упор на носки, когда движется задом наперед. Это также согласуется с тем обстоятельством, что большие следы иногда наступали на меньшие, но никогда наоборот, а также о тем, что большие следы совершали более короткие шаги, поскольку человек, двигаясь задом наперед, всегда делает шаг короче. Записная книжка была подброшена нарочно, чтобы полиция обратила внимание на следы и пошла по ложному пути.

64. Рассел обнаружил, что имеется ровно 12 пятизначных чисел, обладающих тем свойством, что произведение первых двух его цифр на три оставшиеся (все цифры различны и среди них нет нуля) дает число, состоящее из тех же самых пяти цифр, идущих в другом порядке. Но только одно из этих 12 чисел начиналось с 1, а именно 14 926. Далее, если мы умножим 14 на 926, то получим 12 964, число, состоящее из тех же цифр Следовательно, номер автомобиля был 14 926.

Остальные одиннадцать чисел – это 34 651, 42678, 51 246, 57 834, 75 231, 78 624, 87 435, 72 936, 65281, 65983 и 86 251. (См. также задачи 93 и 101).

65. На рисунке видно, что существуют два различных способа, с помощью которых можно начертить пути людей в Вороньем парке.

Это зависит от того, пошел ли дворецкий Е на север или на юг от домика егеря, и обошел ли егерь А дом ЕЕ с севера или с юга. Но можно заметить, что единственными людьми, приближавшимися к мистеру Хастингсу, не пересекая пути, были дворецкий Е и человек, вошедший через ворота С. Однако известно, что дворецкий отправился спать за пять минут до полуночи, тогда как мистер Хастингс оставался до полуночи у приятеля Следовательно, преступником должен быть человек, вошедший в парк через ворота С.

66. Площадь поля имеет от 17 до 18 квадратных фарлонгов, точнее 17,937254 квадратного фарлонга, или 179,37254 акра. Если бы расстояния от последовательных углов равнялись соответственно 3, 2 и 4 фарлонгам, то площадь поля составляла бы 209,70537 акра.

Один из способов решения данной задачи состоит в следующем. Выразим площадь треугольника АРВ через сторону квадрата х. Удвоенный результат составит ху. Поделив его на л: и возведя в квадрат, мы выразим у 2 через х. Аналогично выразим z 2 через x; затем решим уравнение y2+z2 = 32, которое примет вид x4 – 20x2 = -37. Следовательно,

квадратного фарлонга (очень точное приближение), а поскольку в одном квадратном фарлонге содержится десять акров, то это равно 179,37254 акра. Если мы возьмем отрицательный корень уравнения, то получим площадь поля в 20,62746 акра; в этом случае сокровища были бы зарыты вне поля, как показано на рис. 2. Но это решение исключено условием, гласящим, что сокровища зарыты на поле. Точные слова были: «В документе… говорится, что поле квадратное и что сокровища зарыты на нем…»

 

Головоломки профессора

67. Ключом к решению головоломки служит тот факт, что если составлять магический квадрат из целых чисел, сумма которых равна 15, то 2 обязательно приходится помещать в одном из его углов. В противном случае числа должны быть дробными, а это и обеспечено в нашей головоломке использованием шестипенсовых монет и полукрон.

Я привожу нужное расположение, в нем используются наименьшие ходящие в Англии монеты, сумма которых составляет 15. Можно заметить, что в каждом углу находится дробная сумма, тогда как требуемая сумма вдоль каждого из восьми направлений равна целому числу шиллингов.

68. Первая из этих головоломок основана на аналогичном принципе, хотя на самом деле она много проще, ибо условие, что девять марок должны быть различными, делает простым их выбор, хотя для того, чтобы их правильно разместить, требуется немного подумать и поэкспериментировать, прежде чем будет обнаружена закономерность, управляющая дробями в углах, На рисунке вы видите решение.

Я привожу и решение второй головоломки с маркам ми. Сумма вдоль каждой вертикали, горизонтали и диагонали равна 1 шиллингу 6 пенсам. В одном квадратике нет марок, и условием это не запрещено. В обращении находятся марки следующего достоинства: 1/2 d., 1 d., 1 1/2 d., 2d., 2 1/2 d., 3d., 4d., 5d., 6d., 9d., 10d., 1 s., 2s,6d., 5s., 10s., £1 и £2.

В первом случае числа образуют арифметическую прогрессию: 1, l 1 / 2 , 2 1 / 2 , 3, 3 1 / 2 , 4, 4 1 / 2 , 5. Но из любых девяти чисел можно образовать магический квадрат, если их удается расположить следующим образом:

где разности по горизонталям все одинаковы так же, как и разности по вертикалям, хотя последние и не обязаны совпадать с первыми. Именно так обстоит дело в случае второго решения, где числа можно записать в виде

Точно так же в решении задачи 67 с монетами числа в шиллингах равны

Если должно быть девять различных чисел, то 0 может появиться один раз (как в решении задачи 22). И все же можно построить квадрат с отрицательными числами следующим образом:

69. Как совершенно верно заметил Профессор, существует только одно решение (если не считать симметричного) этой головоломки. На другие бокалы прыгают следующие лягушки: Джордж в третьем (сверху) горизонтальном ряду; Чанг – искусно выполненное существо в конце четвертого ряда и Вильгельмина – прекрасное создание в седьмом ряду. Джордж прыгает вниз на второй бокал седьмого ряда; Чанг, который из-за хронического ревматизма может совершить лишь небольшие прыжки, перемещается довольно неохотно на бокал, расположенный непосредственно над ним (восьмой в третьем ряду), тогда как Вильгельмина со всем пылом юности и пола совершает отличный и сложный прыжок на четвертый бокал четвертого ряда.

При новом расположении, как видно из рисунка, никакие две лягушки не находятся на одной вертикали, горизонтали или диагонали.

70. Эта головоломка довольно трудна, хотя, как заметил Профессор, когда Хокхерст нашел решение, «она как раз из тех, которые решаются… с первого взгляда», если повезет. И все же если посмотреть на изящное симметричное решение, то оно выглядит невероятно простым.

Можно заметить, что Ромео добирается до балкона Джульетты, посетив каждый дом ровно по одному разу и сделав при этом 14 поворотов, если не считать поворот, который он делает в самом начале. Это наименьшее возможное число поворотов, и задачу можно решить, лишь выбрав путь, указанный на рисунке или симметричный ему.

71. Для того чтобы совершить свое путешествие с наименьшим числом поворотов, Ромео должен избрать указанный мною путь, при котором приходится сделать лишь 16 поворотов. Профессор сообщил мне, что Helix Aspersa, то есть обыкновенная, или садовая, улитка, испытывает странную неприязнь к поворотам, она настолько велика, что один представитель этого вида, с которым он проводил эксперименты, отправился однажды вечером по прямой и с тех пор так и не повернул назад.

72. Это одна из тех головоломок, где практически невозможно избежать неоднозначности решения. Имеются два или три положения, на которые четыре лягушки могут прыгнуть таким образом, чтобы образовалось пять прямых, по четыре лягушки на каждой, но решение, приведенное на рисунке, наиболее удовлетворительно.

Прыгавшие лягушки составили свои призраки на прежних местах, дабы показать читателю, где они находились ранее. Чанг, лягушка в середине верхнего ряда, страдающая ревматизмом, о чем уже говорилось в задаче о лягушках и бокалах, делает самый короткий прыжок – на небольшое расстояние между двумя рядами; Джордж и Вильгельмина прыгают с концов нижнего ряда в направлении север-северо-запад и север-северо-восток соответственно, тогда как лягушка из середины нижнего ряда, чье имя Профессор забыл упомянуть, прыгает точно на юг.

 

Смешанные головоломки

73. Дабы выиграть в эту игру, вы должны рано или поздно оставить сопернику четное число одинаковых групп. Затем, что бы он ни делал в одной группе, вы повторяете та же самое в такой же группе. Пусть, например, вы оставили ему следующие группы: 0.0.000.000. Теперь если он собьет одну кеглю, то и вы сбиваете одну кеглю; если он собьет две из одного триплета, то и вы сбиваете две из другого триплета; если он собьет центральную кеглю в одном из триплетов, то и вы сбиваете центральную кеглю другого триплета. Таким путем вы должны выиграть при известных обстоятельствах. Поскольку игра начинается с расположения 0.00000000000, первый игрок может всегда выиграть, но только при условии, что он собьет шестую или десятую кеглю (считая одну, уже упавшую, второй), и это в любом случае приведет к расположению 0.000.0000000, поскольку порядок групп роли не играет. Что бы теперь ни сделал второй игрок, всегда можно добиться четного числа равных групп. Предположим, что он сбивает одинокую кеглю, тогда мы оставляем ему расположение 00.0000000. Далее, что бы он ни делал, мы затем оставляем ему либо 000.000, либо 0.00.000. Мы уже знаем, что в первом случае выигрыш обеспечен, но он обеспечен и во втором случае, ибо, как бы противник ни играл, мы всегда можем поставить его либо перед 0.0, либо перед 0.0.0.0, либо перед 00.00. Провести полный анализ я предоставляю читателю.

74. На рисунке показано, как из 13 частей можно сложить шахматную доску (следует заметить, что обратная задача о вырезании из доски этих специальных частей занимательна в равной степени)/

75. Представьте себе, что комната – это картонная коробка. Тогда ее можно разрезать многими способами и развернуть на стол. Я показываю четыре таких способа и отмечаю в каждом случае относительное расположение паука и мухи и прямой путь, которым, не сходя с картона, должен двигаться паук. Это четыре наиболее благоприятных случая, и можно заметить, что кратчайшим будет путь 4, поскольку он равен всего лишь 40 футам (сложите 32 в квадрате с 24 в квадрате и извлеките квадратный корень).

Легко видеть, что на самом деле паук ползет по пяти из шести различных сторон комнаты! Отметив путь, сложите вновь коробку (удалив сторону, по которой паук не ползет), и вид наикратчайшего пути окажется довольно удивительным. Если бы паук придерживался пути, который большинству, очевидно, покажется кратчайшим (путь 1), то ему пришлось бы проделать 42 фута! На пути 2 расстояние составило бы 43,174 фута, а длина пути 3 оказалась бы равной 40,718 фута. Я предоставляю читателю определить наикратчайшие пути, когда паук и муха находятся соответственно от потолка и пола на расстояниях 2, 3, 4 и 5 футов.

76. Брат Джон дал первому человеку три большие и одну маленькую бутылки, полные вина, и одну большую и три маленькие пустые бутылки. Каждому из двух оставшихся он дал две большие и три маленькие бутылки вина и две большие и одну маленькую пустые бутылки. Таким образом, каждый из трех человек получил равную долю вина и одинаковое число бутылок каждого размера.

77. На рисунке показано, как следует разрезать кусок материи на две части. Опустите правую часть на один «зуб», и вы получите правильный квадрат с симметрично расположенными розами.

78. Небольшое исследование данной головоломки убедит читателя, что Хендрик никогда не сможет схватить черную свинью и что белая свинья никогда не будет схвачена Катрюн.

Каждая свинья просто вбегает в один из ближайших углов и выбегает из него, и ее никогда не удастся схватить. Как это ни странно на первый взгляд, датчанин не может схватить черную свинью, а его жена белую! Но каждый из них без труда может поймать свинью другого цвета. Так что если первый игрок решит послать Хендрика за белой свиньей, а Катрюн за черной, он безо всякого труда выиграет за небольшое число ходов.

Это на самом деле столь просто, что даже нет необходимости приводить запись партии. С помощью этой игры мы решаем головоломку из реальной жизни. Датчанин и его жена не могут поймать свиней, потому что по своей простоте и незнанию нрава датских свиней каждый бегает не за тем животным, за которым нужно.

Принцип, на котором строится эта головоломка, известей шахматистам как «переход в оппозицию». В случае головоломки ходы напоминают ходы шахматной ладьи с дополнительным условием, что ладья может ходить лишь на соседнюю клетку. Если число клеток в том же ряду между мужчиной или женщиной и свиньей нечетно, то свинью схватить нельзя, если же это число четно, то схватить ее можно. Число клеток между Хендриком и черной свиньей, а также между Катрюн и белой свиньей равно 1 (нечетное число), следовательно, они не смогут поймать соответствующих свиней. Но число клеток между Хендриком и белой свиньей, а также между Катрюн и черной свиньей равно 4 (четное число), значит этих свиней они смогут легко поймать.

79. Начав с 5, первый игрок может всегда выиграть Если ваш противник тоже пойдет с 5, то вы пойдете с 2 с суммой 12. Далее, когда он будет ходить 5, вы ходите 2, и если на каком-нибудь шаге он выпадет из ряда 3, 10, 17, 24, 31, вы вступите в него и выиграете. Если же после вашего первого хода 5 он вместо 5 выберет что-то другое, вы сделаете 10 или 17 и выиграете. Первый игрок может также выиграть, начав с 1 или 2, но игра довольно запутанна. Однако она стоит того, чтобы читатель изучил ее.

80. В эту головоломку заложена восточная хитрость. И дело не в том, что были озадачены представители пяти стран. Гораздо более были бы озадачены инженеры в своих попытках проложить все эти извилистые пути. На рис. 1 показаны направления для всех пяти систем линий, так что никакая линия не пересечет другие и при этом способе расстояния, видимо, будут самыми короткими.

Быть может, читатель хочет знать, сколько различных решений есть у этой головоломки. На это я отвечу, что число решений неопределенно, и объясню, почему. Если мы просто рассмотрим случай одной линии А, то на рис. 2 показан один путь, на рис. 3 – второй, на рис. 4 – третий и на рис. 5 – четвертый. Если путь на рис. 3 отличен от пути на рис. 4, а это несомненно так, то путь на рис. 5 отличен от пути на рис. 4. Но, последовательно взглянув на рис. 2, 3, 4, 5, мы видим, что этот процесс можно продолжать неограниченно, а поскольку всегда есть пути (сколь бы длинны и извилисты они ни были) от станций В и Е к соответствующим главным путям, то число путей для одной линии А бесконечно.

Следовательно, число полных решений также должно быть бесконечным, если мы считаем, что у железнодорожных линий, как и у геометрических линий, нет ширины, и неопределенным, если нам назовут наибольшее число параллельных линий, которое можно построить в определенных местах. Если будет дано какое-то ясное условие, ограничивающее все такие «извивы», то нетрудно будет подсчитать число решений. При любом разумном ограничении такого рода число решений, как я подсчитал, будет чуть менее двух тысяч, сколь бы удивительным это ни могло показаться.

81. Это небольшое новшество в области магических квадратов. Такие квадраты можно составить как из чисел, образующих арифметическую прогрессию, так и из чисел, не обладающих этим свойством. В первом случае одно место должно оставаться пустым, но при определенных условиях. В случае нашей головоломки не представляет труда образовать магический квадрат с отсутствующей 9, но с отсутствующей 1 (то есть используя 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9) это сделать невозможно. Однако, взглянув на исходный рисунок: мы заметим, что числа, с которыми мы действуем на самом деле, не совпадают с только что упомянутыми. Клоун с цифрой 9 изображен в тот момент, когда он подбросил два шарика. Положение этих шариков превращает число в бесконечную периодическую дробь 9. Далее известно, что такая бесконечная дробь соответствует числу 1. Поэтому хотя клоун с номером 1 и отсутствует, но клоун с номером 9 с помощью своего простого трюка изображает число 1, Следовательно, клоуны должны расположиться так:

Сумма вдоль каждой вертикали, горизонтали и диагонали равна 12.

82. Головоломка чародея одновременно и легкая и трудная, ибо очень просто найти одно такое число – 86, Если мы умножим 8 на 86, то, дабы получить правильный ответ, нам придется лишь поставить 6 впереди восьмерок – 688. Однако второе число вряд ли удастся найти методом проб. Оно равно 71, а число, на которое его следует умножить, – не что иное, как 1639344262295081967213114754098360655737704918032787, Если вы захотите умножить это число на 71, то вам нужно будет лишь поставить еще одну 1 в начале и вторую 7 в конце – существенное сокращение труда! Указанные два числа вместе с примером чародея исчерпывают двузначные сомножители, обладающие нужным свойством, однако число цифр второго сомножителя можно увеличивать. Так, если вы перед 41096 поставите число 41095 890, повторенное любое число раз, то на полученное число можно всегда умножать 83 способом, указанным чародеем.

Если мы сложим цифры любого числа и затем, если потребуется, повторим эту процедуру, то в конце концов мы получим однозначное число. Я называю его «цифровым корнем». Так, цифровой корень 521 равен 8, а 697 – 4. Далее, очевидно, что цифровые корни двух искомых чисел должны давать одинаковый корень в сумме и произведении. Это может быть лишь в случае, когда корни двух чисел равны 2 и 2, или 9 и 9, или 3 и 6, или 5 и 8. Следовательно, цифровой корень двузначного сомножителя должен равняться 2, 3, 5, 6, 8 или 9. В каждом случае есть 10 таких чисел. Я выписал все 60, затем я вычеркнул те из них, у которых вторая цифра превосходит первую и у которых обе цифры совпадают (всего 36 чисел); затем я вычеркнул те числа, где первая цифра нечетна, а вторая четна (7 чисел); затем – все кратные 5 (еще 3 числа). Числа 21 и 62 я отверг после исследования, в детали которого не хочу здесь входить. Теперь из первоначальных 60 чисел осталось только 12 следующих: 83, 63, 81, 84, 93, 42, 51, 87, 41, 86, 53 и 71. Это единственные возможные множители, которые мне пришлось изучить.

Теперь мои действия стали столь же удивительными, как и простыми. Сначала, изучая 83, я вычитаю 10 и получаю 73. Добавляя нули ко второй цифре, я говорю, что если 30 000 и т. д., разделенное на 73, даст когда-либо в остатке 43, то частное и будет искомым множилем для 83. Этим путем я получил 43. Единственным кратным 3, дающим 8 на месте единиц, является 6. Следовательно, я умножаю 73 на 6 и получаю 438, или 43 после отбрасывания 8. Далее, при делении 300 000 на 73 получается остаток 43, а частное равно 4109. К этому я добавляю уже упомянутое 6 и получаю пример чародея 41096×83.

Исследуя четные числа, разберем два случая. Так, взяв 86, мы можем сказать, что если при делении 60 000 и т. д. на 76 мы получим когда-либо 22 или 60 (поскольку 3×6 и 8×6 оба дают 8), то найдем тем самым решение задачи. Но исследовав первое число, я отверг его и заметил, что если 60 разделить на 76, то получится 0 и 60 в остатке. Следовательно, 8×86=688 – это и есть второй пример. Можно показать в случае 71, что при делении 10 000 и т. д. на 61 получается в остатке 42 (7×61= 427) и очень длинное частное, приведенное в начале этого раздела, с добавленной к нему 7.

Другие множители не приводят к решению, так что 83, 86 и 71 – три единственных возможных множителя «Те, кто хорошо знаком с принципом рекуррентных десятичных дробей {которого я немного касаюсь в следующей задаче), поймут условия, при которых остатки повторяются после некоторых периодов, и обнаружат, что лишь в двух случаях из трех придется проводить длинные выкладки. Ясно также, что для каждого множителя существует неограниченное число множимых.

83. Решение таково. Поместите на ленточку следующее довольно длинное число:

0212765957448808510638297872340425531914893617.

Его можно умножить на любое число до 46 включительно, и при этом на кольце получится та же самая последовательность цифр. Исходное число можно умножать на любое число до 16 включительно. Я возьму в качестве предела 9, дабы не сбить читателей со следа. Суть дела в том, что эти два числа представляют собой просто числа в десятичном разложении соответственно 1/17 и 1/47 умножьте первое число на 17, а второе на 47, и вы получите сплошные девятки.

Записывая обычную дробь, скажем 1/17, в десятичном виде, мы действуем следующим образом: добавляем к делимому столько нулей, сколько нам потребуется, до тех пор, пока остаток не станет равным нулю или пока не получим столько знаков, сколько потребуется, ибо каждая дополнительная цифра в бесконечном десятичном разложении приближает нас все ближе и ближе к точному значению.

Далее, поскольку все степени 10 могут содержать кратные 2 и 5, то отсюда следует, что десятичное разложение никогда не оборвется, если знаменатель вашей обыкновенной дроби содержит какой-либо множитель, отличный от этих двух чисел. Так, 1/2, 1/4 и 1/8 приводят к конечным десятичным дробям 0,5, 0,25 и 0,125; 1/5 и 1/25 дают 0,2 и 0,4; 1/10 и 1/20 приводят к 0,1 и 0,05, ибо в этих случаях знаменатели состоят из кратных 2 и 5. Однако, если вы захотите записать в десятичном виде 1/3, 1/6 или 1/7, то никогда не доберетесь до конца, а получите дроби 0,3333 и т. д., 0,166666 и т. д. и 0,142857142857142857 и т. д., где в первом случае 3 повторяется до бесконечности, во втором случае повторяется 6, а в третьем случае мы получаем период 142857. В случае 1/17 (в «Задаче с ленточкой») мы получим повторяющийся период 0,0588235294117647.

Далее, в приведенных выше выкладках последовательные остатки равны 1, 10, 15, 14, 4, 6, 9 и т. д.; именно эти числа я изобразил на внутреннем круге на рисунке. Можно заметить, что каждое число от 1 до 16 встречается один раз и что если мы умножим наше «ленточное» число на любое из чисел внутреннего круга, то положение последнего точно указывает на начало произведения. Так, если мы умножим наше число на 4, то получим 235 и т. д., если мы умножим его на 6, то получим 352 и т. д. Следовательно, мы можем умножать исходное число на любое число от 1 до 16 и получить при этом желаемый результат.

Суть головоломки состоит в следующем. Любое простое число, за исключением 2 и 5, которые являются делителями 10, делит без остатка любое число, состоящее из девяток, количество которых на 1 меньше данного простого числа. Например, 999 999 (6 девяток) делится на 7, 16 девяток делятся на 17, 18 девяток – на 19 и т. д. Это будет справедливо всегда, хотя порой достаточно и меньшего числа девяток; например, 9 делится на 3, 99 делится на 11, 999 999 – на 13, и здесь наше «ленточное» правило для последовательных чисел не работает и действует иной закон. Следовательно, поскольку 0 и 7 на концах ленточки нельзя перемещать на другие места, мы должны искать дробь с простым знаменателем, оканчивающимся на 7, что приводит к полному периоду. Мы берем 37 и обнаруживаем, что соответствующий период слишком мал, 0,027, ибо 37 делит 999; следовательно, это число не годится. Затем мы берем 47 и находим, что его полный период совпадает с 46-значным числом, приведенным в начале данного раздела.

Если вы разрежете любой из этих полных периодов пополам и расположите одну половину под другой, то обнаружите, что их сумма состоит из одних девяток, так что достаточно найти лишь одну из половинок, а затем выписать дополнения. Так, в случае ленточки, если вы прибавите 05882352 к 94117647, то получите 99999999; точно так же дело обстоит и с нашим длинным ответом. Обратите также внимание, что на приведенном выше рисунке дополнительными друг к другу являются не только противоположные числа на внешнем кольце, но также и противоположные числа на внутреннем кольце, сумма которых всегда равна 17. Мне стоит, быть может, отметить, что, ограничивая наши множители первыми девятью числами, мы, видимо, допускаем возможность, что короткий период может привести к решению с меньшим числом цифр, но есть причины считать это невероятным.

84. Если бы не требовалось, чтобы все квадраты были одинаковых размеров, то ковер можно было бы разрезать на четыре части любым из трех способов, показанных на рисунке. В каждом случае две части, отмеченные буквой А, если их сложить вместе, образуют один из трех квадратов, два другие квадрата состоят из одной части. Но для того, чтобы получить квадраты одинаковых размеров, нам придется разрезать ковер на 6 частей, как показано ад большем рисунке. Часть 1 сама является квадратом, из частей 4 и 5 можно сложить следующий квадрат, а из частей 2, 3 и 6 – третий, все одинакового размера.

Если из этих трех квадратов сложить прямоугольник IDBA, то среднее пропорциональное двух сторон прямоугольника равно стороне равновеликого квадрата. Продолжите AB до С, сделав ВС равным BD, Затем поместите ножку циркуля в точку Е (середина АС) и опишите дугу АС. Я показываю совершенно общий метод превращения прямоугольника в квадраты, но в данном частном случае мы, конечно, можем сразу же поместить ножку циркуля в точку Е, которую искать не приходится. Продолжим BD до пересечения с дугой в точке F, и BF окажется искомой стороной квадрата. Далее отметим AG и DH, равные BF, и проведем разрез IG, а также разрез H К из Я перпендикулярно ID. Шесть искомых частей перенумерованы так же, как и на первом рисунке.

Можно заметить, что я сначала привел здесь обратный метод: разрезал три малых квадрата на шесть частей, из которых можно сложить большой квадрат. В случае нашей головоломки мы можем действовать следующим образом.

Возьмем LM равным половине диагонали ОN. Проведем прямую NM и опустим из L перпендикуляр на NM. Тогда LP будет равно стороне всех трех квадратов, сумма площадей которых равна площади большого квадрата QNLO. Читатель сможет теперь без труда вырезать шесть искомых частей, перенумерованных на первом рисунке.

85. Читателю может прийти в голову, что история о медведе на Северном полюсе не имеет никакого отношения к изложенной далее головоломке. На самом деле это не так. Одиннадцать медведей невозможно расположить таким образом, чтобы они образовали семь рядов по четыре медведя в каждом. Но другое дело, когда капитан Лонгбау сообщает нам, что «оказалось семь рядов по четыре медведя в каждом».

Ибо если расположить их так, как показано на рисунке, чтобы три медведя оказались на одной прямой с Северным полюсом, то на каждой из семи прямых действительно будет по четыре животных. На решение задачи не влияет, очевидно, тот факт, имеет ли этот седьмой ряд в длину сотню миль или сотню футов, лишь бы он был прямым – обстоятельство, которое капитан, быть может, проверил с помощью своего карманного компаса.

86. Требовалось показать, как житель города А мог бы посетить каждый город ровно по одному разу и закончить свое путешествие в Z. Эта головоломка содержит маленький трюк. После того как читатель докажет, к своему удовлетворению, что головоломка неразрешима при условиях, как он понял их первоначально, ему следует внимательно изучить букву формулировки, дабы найти в ней брешь.

Было сказано: «Это было бы нетрудно сделать, если бы он мог пользоваться не только железными, но и шоссейными дорогами, однако это исключено». Далее, хотя и запрещается пользоваться шоссейными дорогами, но ничего не сказано про море! Если мы вновь внимательно изучим карту, то заметим, что два города расположены на побережье. Достигнув одного из этих городов, он садится на судно, совершающее прибрежное плавание, и прибывает в другой порт. Полный путь показан на рисунке жирной линией. (См. также решение задачи 94.)

87. Решение таково. Вы, конечно, можете принять предложение «попытаться сделать это за 20 шагов», но потерпите неудачу. Наименьшее возможное число шагов 26. Передвигайте вагоны так, чтобы они занимали последовательно следующие положения:

Всего – 26 шагов.

88. Наименьшее возможное число яиц, которое миссис Коуви могла взять с собой на рынок, равно 719. После того как она продала половину этого числа и отдала сверх того пол-яйца, у не оставалось 359 яиц; после второй операции осталось 239 яиц; после третьей – 179, а после четвертой – 143 яйца. Это количество она смогла разделить поровну между своими 13 друзьями, дав каждому из них по 11 яиц. При всех этих операциях она не повредила ни одного яйца.

89. Два слова, дающие решение нашей головоломки, – это BLUEBELL (колокольчик) и PEARTREE (грушевое дерево). Расположите буквы следующим образом: ВЗ – 1, L6 – 8, U5 – 3, Е4 – 6, В7 – 5, Е2 – 4, L9 – 7, L9 – 2. Это означает, что вы берете В, прыгаете с 3 на 1 и выписываете букву В на месте 1 и т. д. Второе слово можно выписать в том же порядке. Решение зависит от выбора слова, у которого вторая буква совпадает с восьмой, а четвертая – с шестой, поскольку эти буквы можно менять местами, не нарушая соответствующее слово. Слово MARITIMA (морская гвоздика) тоже подошло бы, если бы оно было словом английского языка.

90. Вот как следует расположить семь человек.

Разумеется, за круглым столом А будет соседом человека, указанного в конце строки.

Первоначально я сформулировал эту задачу для 6 человек и 10 дней. Разумеется, легко видеть, что максимальное число расположений для п человек равна (n – 1) (n – 2)/2. Эрнст Бергольт первым обнаружил сравнительно простой метод решения для всех случаев, где п равно простому числу +1. Затем я указал способ построения решения для 10 человек, опираясь на который, Е. Д. Бьюли нашел общий метод для любых четных чисел. Нечетные числа, однако, оказались крайне трудными, и единственными нечетными числами, с которыми удалось справиться, были 7 (приведен выше), 5, 9, 17 и 33, причем четыре последних равны некой степени 2 плюс 1. Наконец, хотя и не без больших трудностей, я нашел некий тонкий метод решения для всех случаев и выписал схемы для всех чисел до 25 включительно. Для случая 11 решение получил также У. Наш, Быть может, читатель испытает свои способности в случае 13. Он обнаружит, что это необычайно крепкий орешек.

91. Существует 12 способов расположения коробок без учета рисунков. Если бы все 13 рисунков были различны, то ответ оказался бы равен 93 312, Но поскольку в некоторых случаях коробки можно переставлять, не меняя расположения рисунков, число способов уменьшается на 1728, и, следовательно, коробки в соответствий с условиями можно расположить 91 584 способами. Я предоставляю моим читателям выяснить самостоятельно, как получаются эти числа.

92. Число способов, которыми можно разместить четырех поросят по 36 свинарникам в соответствии с заданными условиями равно 17, включая приведенный мною пример и не считая новыми расположения, полученные из данных с помощью поворотов и отражений. Яниш в своей книге Analyse Mathйmatique au jeu des Echecs (1862 г.) утверждает, что существует ровно 21 решение небольшой задачи, на которой основана данная головоломка. Поскольку я сам нашел только 17, то я вновь изучил этот вопрос и обнаружил, что он ошибается, несомненно, засчитав решения, полученные с помощью поворотов и отражений, за новые.

Вот 17 ответов. Цифры обозначают горизонтали, а их положение показывает вертикали. Так, например, 104 603 означает, что мы помещаем поросенка в первую строку и первый столбец, никого не помещаем во второй столбец, помещаем другого поросенка в четвертую строку и третий столбец, третьего – в шестую строку и четвертый столбец, никого – в пятый столбец, четвертого поросенка мы помещаем в третью строку и шестой столбец. Размещение Е я привел, формулируя условия:

A 104 603

В 136 002

С 140502

D 140 520

Е 160 025

F 160304

G 201 405

H 201 605

I 205104

J 206 104

К 241005

L 250014

M 250630

Н 260015

О 261005

С 261040

Q 306 104

–

Можно заметить, что М и Q полусимметричны относительно центра и, следовательно, с помощью поворотов и отражений породят лишь по 2 расположения каждое, что Я четвертьсимметрично и породит лишь 4 расположения, тогда как 14 других расположений породят с помощью поворотов и отражений по 8 расположений каждое. Следовательно, поворачивая и отражая данные 17 расположений, мы получим всего (2×2) + (4×1) + (8×14) = 120 способов.

Трех поросят можно поместить так, чтобы каждый свинарник располагался на одной прямой с поросенком при условии, что поросятам не запрещается располагаться на одной прямой с другими; но имеется только один способ сделать это (не считая поворотов и отражений), а именно: 105030.

93. Расположите кубики и знаки умножения следующим образом: 915×64 и 732×80; в обоих случаях произведение окажется равным максимально возможному числу 58 600.

94. Наименьшее возможное число ходов равно 22, то есть И для лис и 11 для гусей. Вот одно из решений головоломки:

Разумеется, читатель должен сделать первый ход, указанный в «числителе» первой «дроби», затем ход, указанный в «знаменателе», затем ход, указанный в числителе второй дроби, и т. д. Я применю здесь мой метод «пуговиц и веревочек». На диаграмме А данная головоломка представлена на куске шахматной доски с шестью конями.

Сравнение с рисунком из условия показывает, что там я избавил себя от необходимости объяснять неискушенному читателю, как ходит шахматный конь, проведя прямые, показывающие эти ходы. Так что эти две головоломки практически одно и то же, но в разных одеждах. Далее, сравнив рисунок из условия с диаграммой Б, можно заметить, что, расцепив «веревочки», соединяющие кружки, я упростил диаграмму, не изменив существенные соотношения между «пуговицами», или кружками. Читатель теперь без труда сам установит, что требуется 11 ходов для лис и 11 для гусей. Он заметит, что гусь с 1 или 3 должен ходить на 8, дабы избежать соседства с лисой и позволить лисе с 11 перейти на кольцо. Если мы пойдем 1–8, то ясно, что для лис лучше ходить 10 – 5, а не 12 – 5, когда все окажутся на окружности, то им нужно просто прогуляться вдоль нее по часовой стрелке, позаботившись сделать последними ходы 8–3 и 5 – 12. Таким образом, с помощью этого метода наша головоломка становится невероятно простой. (См. также замечание по поводу решения задачи 13.)

95. На рисунке показано, как из найденной доски можно вырезать два куска, из которых удается сложить квадратную крышку стола. А, B, С, D – углы стола. Способ, каким кусок Е вставляется в кусок F, должен быть очевидным для читателя. Заштрихованная часть удаляется.

96. Это число должно быть наименьшим общим кратным 1, 2, 3 и т, д. до 15, которое при делении на 7 дает остаток 1, на 9–3, на 11–10, на 13 – 3 и при делении на 14 дает остаток 8. Таким числом является 120. Следующее число с таким свойством – это 360 480, но поскольку не сохранилось свидетельств, чтобы одно дерево (да еще очень молодое) приносило когда-нибудь такое огромное количество яблок, единственным приемлемым ответом может быть лишь 120.

97. Прямоугольная закрытая цистерна, содержащая заданное количество воды и обладающая вместе с тем минимальной поверхностью, должна быть правильным кубом (то есть каждая ее сторона должна представлять собой квадрат). Для цистерны в 1000 кубических футов внутренние размеры должны быть 10×10×10 футов, а цинка на нее пойдет 600 квадратных футов. В случае цистерны без крышки пропорции будут точно как у полукуба. Это и есть требуемые «точные пропорции». Точные размеры привести нельзя, хотя близкими приближенными значениями будут 12,6×12,6×6,3 фута. Цистерна с такими размерами будет содержать чуть больше воды, на что покупатель не станет жаловаться, а жестянщик затратит несущественное количество лишнего металла.

98. Если вы возьмете лист бумаги и проведете карандашом диагональную прямую, как на рисунке А, то, свернув из листа цилиндр так, чтобы карандашная линия оказалась снаружи, обнаружите, что эта линия будет выглядеть, как на рисунке Б.

Можно заметить, что длина спирали (за один полный оборот) равна длине гипотенузы прямоугольного треугольника, катетами которого служат два края листа. В данной головоломке длина этих катетов равна соответственно 40 фт Г у от 200 фт) и 16 фт 8 дм– 16 2/3 фт. Следовательно, гипотенуза равна 43 1/3 фт = 43 фт 4 дм, а, значит, длина гирлянды в пять раз больше составляет 216 фт. 8 дм. Любопытная особенность этой головоломки состоит в том, что данное значение в точности совпадает с суммой высоты и окружности.

99. Для ответа на вопрос нужно всего лишь сложить оба расстояния от лавок до момента встречи с удвоенной разностью этих расстояний. Таким образом, расстояние между лавками составляет 720+400+640= 1760 ярдов, или одну милю. По-другому ответ можно получить, умножая первое расстояние на 3 и вычитая второе расстояние, только при этом первое расстояние должно превышать 2/3 второго.

100. Всего при заданных условиях можно образовать ровно шесть различных кружков. Вот один способ образования таких кружков:

Соедините концы и вы получите 6 кружков.

Люка придумал простой метод получения п кружков, которые при данных условиях могут образовать 2n+1 детей.

101. Единственная тройка чисел, удовлетворяющих всем нужным условиям, – это 27, 594, 16 038. Эти три числа содержат все десять цифр и, кроме того, 27×594 = 16 038, a 594 делится без остатка на 27 (594:27 = 22). Если бы допускались числа, состоящие соответственно из одной, четырех и пяти цифр, то нашлось бы много решений вроде 3×5694 = 17 082; но странно, что при исходной формулировке существует лишь одно решение, хотя доказать это совсем не просто.

102* Можно заметить, что в приведенном на рисунке квадрате все числа различны, а их сумма вдоль каждой вертикали, горизонтали и диагонали равна 179 и не меняется при перевертывании рисунка вверх ногами. Читатель обратит внимание, что я не использовал цифры 3, 4, 5, 8 или 0.

103. Всего существует 640 различных путей. Общую формулу в головоломках такого рода получить не удается. Мы, очевидно, должны лишь рассмотреть различные пути между В и Е. Здесь имеется 9 участков, или «линий», но при данных условиях и при любом выборе пути поезд не может проехать более чем по 7 из них. В следующей таблице под «направлениями» понимается порядок станций безотносительно к «путям». Таким образом, направление BCDE приводит к 9 путям, ибо можно тремя способами добраться от В до С и тремя способами – от D до Е. Однако направление BDCE не допускает вариаций; следовательно, его вклад в общее количество сводится к одному пути.

2 двухлинейных направления по 3 пути – 6

1 трехлинейное направление по 1 пути – 1

1 трехлинейное направление по 9 путей – 9

2 четырехлинейных направления по 6 путей – 12

2 четырехлинейных направления по 18 путей – 36

6 пятилинейных направлений по 6 путей – 36

2 пятилинейных направления по 18 путей – 36

2 шестилинейных направления по 36 путей – 72

12 семилинейных направлений по 36 путей – 432

Итого – 640

Таким образом, мы видим, что всего существует ровно 640 различных путей, что и служит правильным ответом на головоломку.

104. Каждая из трех частей, очевидно, по длине была равна якорной цепи. Но Саймон, полагая, что разрезы проходили трансверсально (то есть поперек), настаивал на том, что длина змея составляла девять якорных цепей. Шкипер, однако, объяснил (и здесь он был столь же правдив, как и в остальной части своего рассказа), что он разрубил змея вдоль – точно от кончика носа до кончика хвоста! Полная длина, следовательно, составляла лишь три якорных цепи, столько же, сколько и у каждой части по отдельности. Саймона не просили назвать точную длину змея, а лишь какой она должна быть. Она должна быть равной по меньшей мере длине трех цепей, хотя может быть (оставляя без внимания утверждение шкипера) равной любому числу до девяти цепей включительно в зависимости от того, как проведены разрезы.

105. Если бы всего было 12 леди, то они обменялись бы между собой 132 поцелуями, а на долю помощника священника осталось бы 12 поцелуев (6 раз поцеловал он, и 6 раз – его). Следовательно, из 12 леди 6 должны быть его сестрами. Следовательно, если 12 выполняют работу за 4,5 месяца, то шестеро выполнят ее за вдвое большее время, то есть время работы увеличится на 4,5 месяца – это и есть правильный ответ.

На первый взгляд имеется некая двусмысленность в словах «все перецеловали друг друга, за исключением, разумеется, самого застенчивого молодого человека», Не означает ли это, что все леди нескромно поцеловали помощника священника и не были в свою очередь поцелованы им (исключая сестер)? Нет, ибо в этом случае мы обнаружили бы, что среди 12 леди нет ни одной сестры, а это противоречит условиям задачи. Если же, наоборот, у кого-то возникнет подозрение, что сестры не целовали своего брата, тогда как он их поцеловал, то я отвечу на это, что в таком случае все 12 леди оказались бы сестрами. А упоминание о том, что леди без сестер могли бы выполнить данную работу, исключает такую возможность.

106. В конце семнадцатых суток улитка взберется на 17 футов, а к концу восемнадцатого дня доберется до верхнего края и тут же начнет спать и соскальзывать вниз и к концу восемнадцатых суток окажется на другой стороне в 2 футах от верхнего края стены. За сколько она спустится на оставшиеся 18 футов? Если улитка соскальзывает на 2 фута ночью, то днем, взбираясь вверх, она, очевидно, преодолевает тенденцию такого соскальзывания на 2 фута. Гребя вверх по течению реки, мы преодолеваем это течение, тогда как двигаясь по реке вниз, мы используем течение, которое нам помогает. Если улитка днем может подняться на 3 фута, преодолевая тенденцию к соскальзыванию на 2 фута, то, двигаясь по полу, она может при тех же усилиях за день пройти расстояние в 5 футов. Когда же она опускается вниз, то к этим 5 футам надо добавить еще 2 фута за счет соскальзывания. Таким образом, на пути вниз за день она проходит 7 футов, а если к ним добавить 2 фута ночного соскальзывания, то получится, что за сутки улитка спускается на 9 футов. Значит, на преодоление 18 футов потребуется двое суток, а на все путешествие – ровно 20 суток.

107. Когда Монтукла в своем издании книги Озанама «Recreations in Mathematics» заявил, что «существует не более трех равновеликих прямоугольных треугольников с целыми сторонами, но имеется сколько угодно таких прямоугольных треугольников с рациональными сторонами», он, как это ни странно, упустил из виду, что если вы приведете рациональные длины сторон к общему знаменателю и удалите этот знаменатель, то получите значения целых сторон искомых треугольников.

Каждому читателю стоит знать, что если мы возьмем любые два числа m и n, то m2+n2, m 2 -n 2 и 2тп будут тремя сторонами рационального прямоугольного треугольника. Здесь m иn называются производящими числами. Чтобы образовать три таких равновеликих треугольника, мы воспользуемся следующими простыми соотношениями, где m – большее число:

тп +m2+n2 = a

m 2 -n 2 и 2 = b

2mn + n 2 = c

Теперь, если мы образуем три треугольника с помощью трех пар порождающих чисел, a и b, a и c, a и b + c, то их площади окажутся равными. Это та самая небольшая задача, о которой Льюис Кэррол писал в своем дневнике: «Сидел прошлой ночью до 4 часов утра над соблазнительной задачей, которую мне прислали из Нью-Йорка, «найти три равновеликих прямоугольных треугольника с рациональными сторонами». Я нашел два… но не смог найти трех!»

Сейчас я приведу формулу, с помощью которой мы всегда по заданному рациональному прямоугольному треугольнику можем найти рациональный прямоугольный треугольник равной площади. Пусть z – гипотенуза, b – основание, h – высота, а – площадь данного треугольника; тогда все, что мы должны сделать, – это образовать рациональный прямоугольный треугольник с помощью производящих чисел z 2 и 4a и привести каждую сторону к знаменателю 2z (b 2 – h2), и мы получим требуемый ответ в целых числах.

Ответ в наименьших целых числах на нашу головоломку такой:

Первый принц – 518 1320 1418

Второй принц —. 280 2442 2458

Третий принц – 231 2960 2969

Четвертый принц – 111 6160 6161

Площадь в каждом случае равна 341880 квадратным единицам. Я не стану здесь подробно показывать, как именно я получил эти числа. Однако я скажу, что первые три треугольника получены описанным выше способом, отправляясь от чисел 3 и 4, которые приводят к порождающим парам 37, 7; 37, 33; 37, 40. Эти три пары чисел дают решение неопределенного уравнения

а 3 b– b 3 а = 341 880.

Если мы сможем найти другую пару чисел, то дело будет сделано. Этими производящими числами будут 56, 55, которые и приводят к последнему треугольнику. Следующий ответ, наилучший после данного, который мне удалось найти, получается из 5 и 6, порождающих производящие пары 91, 11; 91, 85; 91, 96. Четвертой порождающей парой будет 63, 42.

Читатель поймет из того, что я сказал выше, что существует сколь угодно много равновеликих рациональных прямоугольных треугольников, стороны которых выражаются целыми числами.

108. Вот простое решение головоломки о трех девятках: 9 + 9/9.

Чтобы разделить 18 на 9 (или 9/10), мы, разумеется, умножим это число на 10 и разделим его на 9. В результате, как и требовалось, получится число 20.

109. Решение состоит в следующем. Партия двух игроков, в совершенстве владеющих данной игрой, всегда должна заканчиваться вничью. Ни один из таких игроков не может выиграть у другого иначе, как по недосмотру противника. Если Нолик (первый игрок) занимает центр, Крестик должен занять угол на своем первом ходу, в противном случае Нолик несомненно выиграет. Если Нолик на первом ходу занимает угол, то Крестик сразу же должен занять центр, иначе он проиграет. Если Нолик начинает с боковой клетки, то обоим игрокам следует быть очень внимательными, ибо имеется много подводных камней. Однако Нолик может безопасно для себя свести дело к ничьей, а выиграть он может лишь по недосмотру Крестика.

110. Решение таково. Первый игрок может всегда выиграть при условии, что первый ход он сделает в центр. Хорошей вариацией данной игры будет условие, что первый игрок на первом ходу не имеет права ходить в центр. В этом случае второй игрок сразу же должен пойти в центр. Такая ситуация должна кончиться ничьей, но чтобы свести игру к ней уверенно, первый игрок обязан пойти на своем первом и втором ходах в два смежных угла (например, в 1 и 3). Тогда игра потребует огромного внимания с обеих сторон.

111. Сэр Исаак Ньютон в своей «Универсальной арифметике» показал нам, что мы можем разделить волов в каждом случае на две части – одна часть съедает прирост травы, а другая – накопленную траву. Первая часть меняется прямо пропорционально размеру поля и не зависит от времени; вторая тоже меняется прямо пропорционально размеру поля и, кроме того, обратно пропорционально времени. Со слов фермера мы определяем, что 6 волов съедают прирост травы на 10-акровом поле, а 6 волов съедают траву на 10 акрах за 16 недель. Следовательно, если 6 волов съедают прирост травы на 10 акрах, то 24 вола будут его съедать на 40 акрах.

Далее мы находим, что если 6 волов съедают накопленную траву на 10 акрах за 16 недель, то

12 съедают траву на 10 акрах за 8 недель,

48 съедают траву на 40 акрах за 8 недель,

192 съедают траву на 40 акрах за 2 недели,

64 съедают траву на 40 акрах за 6 недель.

Складывая полученные два результата (24 + 64), мы находим, что 88 волов могут прокормиться на 40-акровом лугу в течение 6 недель при условии равномерного роста травы в течение всего времени.

112. Нам известно, что пуля, убившая мистера Стэнтона Маубрея, попала в самый центр циферблата и мгновенно спаяла между собой часовую, минутную и секундную стрелки, так что они все стали поворачиваться как одно целое. Головоломка состояла в том, чтобы, исходя из взаимного расположения стрелок, определить точное время выстрела.

Нам известно также, а рисунок часов подтверждает это, что часовая и минутная стрелки отстояли друг от друга ровно на 20 делений, «треть окружности циферблата». Далее, в течение 12 часов часовая стрелка ровно 11 раз бывает на 20 делений впереди минутной и равно 11 раз – на 20 делений позади нее. Из рисунка видно, что нам следует рассмотреть лишь первый случай. Если мы начнем от четырех часов и будем все время добавлять по 1 час. 5 мин. и 27 3/11 сек., то получим все 11 расположений, последнее из которых придется на 2 час. 54 мин. 32 8/11 сек. Еще одно добавление указанной величины приведет нас вновь к четырем часам. Если теперь мы изучим циферблат, то обнаружим, что секундная стрелка находится приблизительно на 22 деления позади минутной, а если мы просмотрим все наши 11 случаев, то заметим, что лишь в последнем из них секундная стрелка занимает указанное положение. Следовательно, выстрел произошел ровно в 2 час. 54 мин, 32 8/11 сек., или без 5 мин. 27 3/11 сек. три. Это правильный и единственно возможный ответ к данной головоломке.

113. Хотя объем бруска достаточен для того, чтобы получить 25 кусков, на самом деле удается вырезать лишь 24. Сначала уменьшите длину бруска в полдюйма. Меньший кусок отрежьте, ибо его не удастся использовать. Разрежьте больший кусок на три плитки толщиной в 1 1/4 дюйма, и вы обнаружите, что из каждой плитки легко можно вырезать по восемь блоков без дальнейших потерь материала.

114. Наименьшее число бисквитов равно 1021, откуда видно, что это были те миниатюрные бисквитики, которые любят дети. Общее решение состоит в том, что для случая п человек число бисквитов должно равняться m (n n+l ) – (п- 1), где m – любое целое число. Каждый человек получит при окончательном разделе m (n-1) n – і бисквитов, хотя в случае двух человек, когда m = 1, при окончательной дележке бисквит получит лишь собака. Разумеется, в любом случае каждый человек крадет n-ю часть бисквитов, отдав предварительно лишний бисквит собаке.

 

Задачи на шахматной доске

115. Существует 255 различных способов разрезать доску на две части одинаковых размеров и формы. Каждый способ должен включать в себя один из пяти разрезов, показанных на рисунках A, B, C, D и Е.

Дабы избежать повторений при поворотах и отражениях, нужно рассматривать лишь те разрезы, которые начинаются в точках а, b и с. Но заканчиваться разрез должен в точке, расположенной на одной проходящей через центр прямой с точкой начала. Это наиболее важное условие, которое следует помнить. В случае В вы не можете начать разрез в точке а, ибо в противном случае вы пришли бы к случаю Е. Аналогично в случаях С или D вы не должны подходить к ключевой прямой в том же направлении, в каком идет она сама, ибо тогда вы получили бы случай A или В. Если вы действуете способом A или С и начинаете разрез в а, то, чтобы не получилось повторений, вы должны рассматривать соединения лишь в одном из концов ключевой прямой. В других случаях вы должны рассматривать соединения в обоих концах ключевой прямой, но, пройдя а в случае D, поворачивайте всегда либо направо, либо налево (используя лишь одно направление). На рисунках 1 и 2 приведены примеры для случая A; на рисунках 3 и 4 – для случая В; на рисунках 5 и 6 – для случая С, а рисунок 7 – хороший пример случая D. Разумеется, Е – особый тип, допускающий лишь одно решение, поскольку вполне очевидно, что вы не можете начать разрез в b или с.

Вот итоговая таблица:

Я не пытался решить ту же задачу для настоящей доски 8 X 8, ибо, какой бы метод здесь не применялся, чтобы получить ответ, потребуется очень большая работа,

116. Решение показано на рисунке. Можно заметить, что каждая из четырех частей (после проведения разрезов вдоль жирных линий) имеет тот же размер и ту же форму, что и остальные, и, кроме того, содержит по льву и короне.

Две из частей заштрихованы, дабы сделать решение более ясным для глаза.

117. Существует 15 различных способов разрезания доски 5 X5 (с удаленной центральной клеткой) на две части одинаковых размеров и формы. Ограниченность места не позволяет мне привести здесь все соответствующие рисунки, но я помогу читателю нарисовать их самому без малейшего затруднения. В какой бы точке края вы ни начали разрез, заканчиваться он должен в точке, симметричной с ней относительно центра доски. Так, если вы начинаете разрез в точке 1 (рис. слева) вверху, то заканчивать его вы должны в нижней точке 1. Далее, 1 и 2 – единственные две существенно различные точки начала; если мы начнем разрез в других точках, то получим такие же решения.

Направления разрезов в упомянутых 15 способах указаны на рисунке числами. То, что эти числа повторяются дважды, не приведет к недоразумению, ибо каждое последующее число расположено рядом с предыдущим. Любое направление, которое вы изберете при движении сверху вниз, должно быть повторено при движении снизу вверх; одно направление служит точным отражением другого (точнее, переходит в него при повороте доски на 180° вокруг центра).

1, 4, 8.

1, 4, 3, 7, 8.

1, 4, 3, 7, 10, 9.

1, 4, 5, 9

1, 4, 5, 6, 10, 7, 8,

2, 3, 4, 8

2, 3, 4, 5, 9.

2, 3, 4, 5, 6, 10, 9.

2, 3, 4, 5, 6, 10, 7, 8.

2, 3, 7, 8.

2, 3, 7, 10, 9.

2, 3, 7, 10, 6, 5, 9.

2, 3, 7, 10, 6, 5, 4, 8.

Можно заметить, что четвертое направление (1, 4, 3, 7, 10, 6, 5, 9) совпадает с показанным на рисунке справа. Тринадцатое совпадает с решением, приведенным при формулировке задачи, где разрез начинается с боковой стороны, а не сверху доски. Части, однако, окажутся одинаковой формы, если их перевернуть другой стороной кверху, что, как указывалось в условии, не приводит к новому решению.

118. Способ разрезания доски таким образом, чтобы все 4 части оказались одинаковых размеров и формы и содержали по одному драгоценному камню, показан на рисунке. Клетки двух частей заштрихованы, чтобы сделать решение более наглядным.

Быть может, читателю будет небезынтересно сравнить эту головоломку с задачей 14 настоящей книги.

119. Монах, «искушенный в тайных науках», указал отцу Джону, что распоряжение аббата можно легко выполнить, заделав 12 просветов. Они показаны на схеме черными квадратами.

Отец Джон настаивал на том, чтобы заделать 4 угловых просвета, но мудрец объяснил, что желательно заделать не больше просветов, чем это совершенно необходимо, и сказал, предвосхищая лорда Дандриери:

– Единственное стекло может располагаться на одной прямой с самим собой не более чем единственная птица может залететь в угол и толпиться там в одиночестве. В условии аббата говорилось, чтобы ни одна прямая не содержала нечетного числа просветов.

Когда святой отец увидел сделанное, он остался очень доволен и сказал:

– Воистину, отец Джон, ты человек глубокой мудрости, ибо ты сделал то, что казалось невозможным, да еще при этом украсил наше окно крестом святого Андрея, чье имя я получил от моих крестных.

После этого он крепко заснул и на утро поднялся освеженным. Это окно можно было бы и сейчас увидеть целым в монастыре святого Эдмондсбери, если бы он существовал!

120. Максимальное число частей равно 18. Я привожу здесь два решения. Доска с цифрами разрезана таким образом, что восемнадцатая часть имеет при заданных условиях максимальную площадь (8 клеток). Второй вариант выполнен с тем условием, чтобы ни одна из частей не содержала более пяти клеток.

В задаче 74 показано, как разрезать доску на 12 попарно различных частей, содержащих по 5 клеток, за исключением одной квадратной части из четырех клеток.

121. Части можно сложить так, как показано на рисунке; при этом образуется правильная шахматная доска.

122. Очевидно, на каждой горизонтали и на каждой вертикали должна находиться лишь одна ладья. На первой горизонтали мы можем расположить ладью 1 из 8 способов. Куда бы мы ее ни поместили, вторую ладью на второй горизонтали мы сможем расположить 7 способами. Далее, мы можем расположить третью ладью 6 способами и т. д. Следовательно, число различных комбинаций равно 8X7X6X5X4X3X2X1 = = 8! = 40 320.

Сколько различных комбинаций получится, если не различать между собой расположения, получающиеся друг из друга с помощью поворотов и отражений, еще не выяснено. Это трудная задача. Однако этот вопрос на меньшей доске рассмотрен в следующей головоломке.

123. При данных условиях существует лишь 7 различных способов, а именно: 1 234, 1 243, 1 324, 1 342, 1432, 2 143, 2 413. Например, в последнем случае обозначение расшифровывается так: лев находится во второй клетке первой горизонтали, четвертой клетке второй горизонтали, первой клетке третьей горизонтали и третьей клетке четвертой горизонтали. Первое расположение, очевидно, совпадает с тем, которое приведено при формулировке данной головоломки.

124. Это нельзя сделать с числом слонов, меньшим 8, а простейшее решение состоит в том, чтобы расположить слонов на четвертой или пятой горизонтали (см. рисунок).

Однако стоит отметить, что при таком расположении все слоны оказались незащищенными; так что мы изучим этот вопрос в следующей головоломке.

125. Эта головоломка совсем проста, если вы сначала немного подумаете. Вам следует рассмотреть лишь клетки одного цвета, ибо, что бы вы ни делали на белых клетках, то же самое можно повторить и на черных, так что они здесь не зависимы друг от друга. Разумеется, такое равноправие белых и черных клеток является следствием того факта, что число клеток на обычной доске, 64, – четное. Если бы квадратная доска «в клетку» содержала нечетное число клеток, то клеток одного цвета оказалось бы на 1 больше, чем другого.

Чтобы каждая клетка оказалась под угрозой нападения, а каждый слон защищен другим слоном, необходимо иметь 10 слонов. Я привожу на рисунке одно из расположений. Можно заметить, что 2 центральных слона в группе из 6 слонов слева нужны лишь для того, чтобы защищать слонов, стоящих на соседних клетках. Следовательно, другое решение получится, если верхнего из этих двух слонов мы поднимем на клетку вверх, а нижнего на клетку вниз.

126. Четырнадцать слонов можно расположить 256 различными способами. Но каждого слона следует всегда помещать на одной из сторон доски (то есть где-то на крайней горизонтали или вертикали). Таким образом, головоломка состоит в том, чтобы определить число различных способов, какими мы можем расставить 14 слонов по краям доски так, чтобы они не атаковали друг друга. Сделать это нетрудно. На доске размером п X п клеток 2п – 2 слона (максимальное число) всегда можно расположить 2 п способами так, чтобы они не атаковали друг друга. На обычной шахматной доске п=8, следовательно, на ней 14 слонов можно расположить 256 различными способами. Довольно удивительно, что в общем случае получается такой простой ответ.

127. Решение этой головоломки показано на рисунке.

Можно заметить, что ни один ферзь не атакует другого и что никакие три ферзя не располагаются на одной наклонной прямой. Это единственное расположение из 12 фундаментальных решений, удовлетворяющее последнему условию.

128. Решение этой головоломки приведено на рисунке слева. Это единственное решение, удовлетворяющее заданным условиям. Однако если бы одна из 8 звезд не была уже предварительно помещена на рисунке, то существовало бы 8 способов расположения, получающихся из данного с помощью поворотов и отражений.

Так, если вы будете поворачивать рисунок, чтобы при этом каждая из сторон квадрата оказалась по очереди внизу, то получите 4 решения, а если для каждого из них вы построите зеркально-симметричное решение, то добавится еще 4 решения. Следовательно, эти 8 решений представляют собой лишь вариации одного «фундаментального» решения. Но в случае, когда место одной из звезд предварительно не фиксируется, существует и другое фундаментальное решение, показанное на рисунке справа. Однако это расположение обладает определенной симметрией и потому порождает только 4 решения.

129. На рисунке показано, как следует переложить плитки. Как и прежде, не хватает одной желтой и одной розовой плиток. Я хотел бы подчеркнуть, что в предыдущем расположении желтую и розовую плитки в седьмой горизонтали можно поменять местами, но никакое иное расположение невозможно.

130. При некоторых расположениях получается больше диагональных слов из четырех букв, чем при других, и мы сначала поддаемся искушению отдать им предпочтение; но это ложный след, поскольку все, что мы выигрываем в диагональных направлениях, мы проигрываем вдоль вертикалей и горизонталей. Конечно, тому, кто решает эту задачу, сразу приходит в голову, что слова LIVE и EVIL стоят вдвое больше других слов, ибо их мы всегда считаем дважды. Это важное наблюдение, хотя порой те расположения, которые содержат больше всего таких слов, оказываются бесплодными в отношении других, и мы в целом остаемся в проигрыше.

Приведенное на рисунке расположение удовлетворяет условию, согласно которому никакие две одинаковые буквы не должны находиться на одной вертикали, горизонтали или диагонали; и оно приводит к тому, что данные 5 слов удается прочитать 20 раз – 6 по горизонтали, 6 по вертикали, 4 вдоль диагоналей, отмеченных стрелками слева, и 4 вдоль диагоналей, отмеченных стрелками справа. Это максимум.

Четыре множества из восьми букв можно расположить на доске с 64 клетками 604 различными способами, при которых никакие две одинаковые буквы не находятся на одной прямой. При этом расположения, получающиеся друг из друга с помощью поворотов и отражений, не считаются различными и, кроме того, не учитываются перестановки внутри самих букв, то есть, например, перемена местами букв L и Е.

Далее, странно не только то, что приведенное расположение с 20 словами оказывается максимальным, но также и то, что максимум можно получить лишь из этого расположения. Однако если вы поменяете местами в данном решении буквы V с буквами I, a L – с Е, то получите по-прежнему 20 слов. Следовательно, существуют 2 способа достичь максимума из одного и того же расположения. Минимальное число слов равно нулю, то есть буквы можно расположить таким образом, чтобы ни по какому направлению не удавалось прочесть ни одного слова.

131. Обозначим буквами А, К, Q, J соответственно туза, короля, даму и валета, а буквами D, S, H, С – бубны, пики, червы и трефы. На рисунке приведены два способа, 1 и 2, расположения букв каждой группы, при которых никакие две одинаковые буквы не располагаются на одной прямой, хотя поворот на четверть оборота расположения 1 приведет к расположению 2.

Если мы наложим друг на друга эти два квадрата, то получим расположение 3, дающее одно решение. Но в каждом квадрате мы можем переставить буквы на верхней горизонтали 24 способами, не меняя схемы расположения. Так, на рисунке 4 буквы S помещены на место букв D из расположения 2, буквы H – на место S, С – на место H и D – на место С. Отсюда, очевидно, следует, что два исходных расположения можно скомбинировать 24 × 24 = 576 способами. Однако ошибка, которую сделал Лябосн, состояла в том, что А, К, Q, J он располагал способом 1, a D, S, Н, С – способом 2. Таким образом, он учел отражения и повороты на пол-оборота, но проглядел повороты на четверть оборота. Очевидно, их можно менять местами. Поэтому, если отражения и повороты считать новыми решениями, правильным ответом будет 2 × 576 = 1152. По-другому можно сказать, что пары на верхней горизонтали можно записать 16 × 9 × 4 × 1 = 576 различными способами, а учитывая то, что квадрат можно заполнить двумя способами, получаем всего 1152 решения.

132. Как отмечалось, при данных условиях поместить все изображенные на рисунке буквы в ящик невозможно, но головоломка состояла в том, чтобы поместить максимально возможное количество таких букв.

Здесь требуется слегка раскинуть мозгами и внимательно исследовать задачу, иначе мы придем к поспешному заключению, что сперва следует расставить все 6 букв одного типа, затем – все 6 букв другого типа и т. д. Поскольку существует лишь один способ (вместе с его поворотами), с помощью которого 6 одинаковых букв удается расставить так, чтобы никакие две не оказались на одной прямой, читатель обнаружит, что, расположив 4 типа букв по 6 экземпляров каждого типа, он займет все ячейки, кроме 12, расположенных вдоль двух больших диагоналей. Следовательно, он не сумеет разместить еще более чем по две буквы двух оставшихся типов, так что всего останется 8 пустых ячеек (см. рисунок 1).

Секрет состоит, однако, в том, что не следует пытаться размещать все 6 букв каждого типа. Можно выяснить, что если мы ограничимся лишь 5 буквами каждого типа, то это количество (всего 30) можно разместить в ящике, и при этом останется лишь 6 пустых ячеек. Однако правильное решение состоит в том, чтобы разместить по 6 букв каждого из двух типов и по 5 букв оставшихся четырех типов. Исследование рисунка 2 покажет, что здесь присутствует по 6 С и D и по пять А, В, Е и F. Следовательно, остаются лишь 4 пустые ячейки, и никакие 2 одинаковые буквы не располагаются на одной прямой.

133. Решение данной головоломки приведено на рисунке. На доске можно расположить только 8 ферзей или 8 ладей так, чтобы они не атаковали друг друга, тогда как соответствующее максимальное число для слонов равно 14, а для коней – 32.

Но поскольку всех этих коней нужно поместить на клетки одинакового цвета, тогда как ферзи уже занимают по 4 клетки каждого цвета, а слоны – по 7 клеток каждого цвета, то в результате мы можем поместить на клетки одинакового цвета лишь 21 коня. На пустой доске можно расположить более 21 коня, но мне не удалось это сделать на доске, где «царит теснота». Я думаю, что приведенное решение содержит максимальное число шахматных фигур, однако возможно, что какому-нибудь изобретательному читателю удастся поместить на доску еще одного коня.

134. Фишки можно расположить в следующем порядке:

135. На рисунке показано, как можно наклеить 16 марок на карточку при заданных условиях, причем общая сумма составит 50 пенсов, или 4 шиллинга 2 пенса.

Если, наклеив 4 марки по 5 пенсов, читатель попытается наклеить также 4 марки по 4 пенса, то он сможет затем наклеить лишь по 2 марки каждого из трех оставшихся достоинств, потеряв при этом 2 пенса. Таким образом, общая сумма марок составит лишь 40 пенсов, или 4 шиллинга. Именно на эту ловушку и рассчитана данная головоломка, (Сравни с задачей 43.)

136. Фишки можно расположить в следующем порядке:

137. Число различных расположений овец по загонам, при которых каждый загон либо оказывается занятым, либо находится на одной вертикали, горизонтали или диагонали по крайней мере с одной овцой, равно 47.

В таблице указаны все эти расположения, разобраться в которых поможет ключ из рисунка 1.

Это, разумеется, означает, что если вы поместите овец в загоны А и В, то существует 7 различных загонов, куда вы сможете поместить третью овцу, что дает 7 различных решений. Мы помним, что повороты и отражения не приводят к новым решениям.

Если потребовать, чтобы по крайней мере один за «гон не находился на одной прямой ни с какой овцой, то число решений окажется равным 30. Если мы в каждом из этих 47 и 30 случаев соответственно будем считать новыми решения, получающиеся с помощью поворотов и отражений, то получим общее число решений, равное 560, что совпадает с числом способов, которыми овец можно разместить по трем загонам вообще без всяких условий. Я хочу отметить, что существуют три способа, какими можно двух овец расположить так, чтобы каждый загон либо оказался занятым, либо находился на одной прямой по крайней мере с одной овцой (см. рисунки 2, 3 и 4); но при этом в каждом случае овцы располагаются на одной прямой. Существуют лишь 2 расположения, при которых каждый загон оказывается либо занят, либо на одной прямой по крайней мере с одной овцой, но никакие две овцы не располагаются на одной прямой друг с другом (см. рисунки 5 и 6). Наконец, существует лишь один способ, при котором три овцы располагаются таким образом, что по крайней мере один загон не находится ни на какой прямой ни с одной овцой и никакая овца не находится на одной прямой с другой овцой. Поместите овец в клетки С, Е и L. Этим практически исчерпывается все, что следовало бы сказать по поводу такого приятного пасторального сюжета.

138. На рисунке показаны 4 фундаментально различных решения. В случае А мы можем изменить порядок так, чтобы одиночная собака оказалась внизу, а остальные отстояли от нее на 2 клетки вверх.

Точно так же мы можем использовать следующую справа вертикаль и обе из двух центральных горизонталей. Таким образом, случай А порождает 8 решений. Далее, решение В можно повернуть на 180° и расположить вдоль любой диагонали, что дает 4 решения. Аналогично случай С дает 4 решения. Расположение на прямой в случае D симметрично, так что повороты на 180° ничего нового не дадут, но собак можно помещать вдоль 4 различных прямых. Таким образом, мы получаем всего 20 различных решений.

139. Если бы древний архитектор расположил 5 своих полумесяцев так, как показано на рисунке, то каждая плитка оказалась бы под наблюдением (то есть на одной прямой) по крайней мере одного полумесяца и, кроме того, осталось бы место для квадратного ковра, занимающего ровно половину всего данного участка пола.

Весьма удивительно, что хотя существуют 2 или 3 решения, при которых ковер, если соблюдаются все прочие условия, занимает площадь приблизительно в 29 плиток, это единственно возможное решение, дающее ровно половину всей площади, что является максимумом.

140. Слон находится на клетке, занятой первоначально ладьей, а 4 ферзя расположены таким образом, что каждая клетка либо занята, либо оказывается под угрозой нападения одной из фигур (см. рисунок а).

Если 4 ферзя расположены, как показано на рисунке б, то пятого ферзя можно поместить на любую из 12 клеток, помеченных буквами a, b, с, d и е; либо можно поставить ладью на две клетки с; либо слона на 8 клеток a, b и е; либо пешку на клетку b; либо короля на четыре клетки b, c и e. единственное известное расположение четырех ферзей и коня, принадлежащее Дж. Уоллису, приведено на рисунке в.

Я нашел большое число решений для случая четырех ферзей и ладьи или слона, но единственным решением, как я полагаю, с тремя ферзями и двумя ладьями, при котором все фигуры защищены, будет решение (см. рисунок г), впервые опубликованное доктором К. Плэнком.

Однако с тех пор я нашел дополнительное решение для случая трех ферзей, ладьи и слона, хотя фигуры и не защищают друг друга (см. рисунок д).

141. Мои читатели привыкли к тому, что требуется по меньшей мере 5 планет, дабы атаковать каждую из 64 звезд, расположенных в виде квадрата, а потому многие из них, быть может, полагают, что в случае большего квадрата потребуется увеличить число планет. Именно с целью изменить это ошибочное мнение, а также предостеречь читателей от еще одного из тех многочисленных подводных камней, которыми полон мир головоломок, я и придумал эту новую задачу со звездами. Позвольте мне сразу же заметить, что в случае квадратного расположения 81 звезды существует несколько искомых расположений. На рисунке приведено решение головоломки «Южный Крест».

Стоит вспомнить, что в условии говорилось: «Разумеется, после перестановки они закроют 5 новых звезд, отличных от тех, которые закрыты сейчас». Это было сделано для того, чтобы исключить более простое решение, в котором передвигаются лишь 4 планеты.

142. Передвижения ферзей ясны из приведенных здесь рисунков 1–4, которые показывают положение на доске после каждого перемещения.

В итоге все клетки оказываются либо занятыми, либо под ударом, но ни один ферзь не угрожает другому ферзю. На последнем шаге ферзя в верхнем ряду можно было бы передвинуть еще на одну клетку дальше влево. Это, как я полагаю, единственное решение данной головоломки.

143. На рисунке можно заметить, что только 3 ферзя передвинуты с их первоначального положения на краю доски и что в результате 11 клеток (отмеченных черными точками) не находятся под угрозой нападения.

Я рискну утверждать, что 8 ферзей нельзя расположить на шахматной доске таким образом, чтобы остались неатакованными более чем 11 клеток. И хотя строгое доказательство этого факта отсутствует, я полностью уверен в справедливости данного утверждения. Существует по меньшей мере 5 различных расположений, при которых остаются неатакованными 11 клеток.

144. Шестнадцать пешек можно расположить таким образом, чтобы никакие три из них не оказались на одной прямой, идущей в любом направлении (см. рисунок). Как и требовалось в условии, мы рассматриваем пешки просто как точки на плоскости.

145. Существует 6480 способов, которыми можно разместить человека и льва при единственном ограничении, что они располагаются в разных местах. Это очевидно, ибо человека можно поставить на любое из 81 места, и в каждом случае остается 80 мест для льва; следовательно, 81 × 80 = 6480. Далее, если мы вычтем отсюда число способов, при которых человек и лев оказываются на одной тропе, то в результате получится число способов, при которых они не располагаются на одной тропе. Число способов, при которых они оказываются на одной тропе, равно, как можно установить без особых затруднений, 816. Следовательно, искомый ответ равен 6480-816=5664.

Решением в общем случае будет у п (п-1)(3 п 2-п+2). Это, разумеется, эквивалентно тому, как если бы мы сказали, что при условии, что на стороне «шахматной доски» расположено п клеток, на ней можно разместить двух слонов указанным числом способов, при которых они не атакуют друг друга. Только в таком случае ответ нужно было бы уменьшить вдвое, поскольку два слона не отличаются друг от друга, и, поменяв их местами, мы не получим нового решения.

146. Наименьшее возможное число коней при данных условиях равно 14. Иногда полагают, что существует очень много различных решений. Кстати, существуют лишь 3 расположения, если не учитывать повороты и отражения. Довольно удивительно, что, по-видимому, никому в голову не пришло следующее простое доказательство и никто не догадался действовать о белыми и черными клетками по отдельности.

Семь коней можно расположить на белых клетках так, чтобы они атаковали каждую черную клетку лишь двумя способами. Они показаны на рисунках 1 и 2. Обратите внимание, что в обоих случаях 3 коня занимают одинаковые положения. Следовательно, ясно, что если вы повернете доску так, чтобы в левом верхнем углу оказалась черная клетка, и поставите коней на те же самые места, то у вас получатся два похожих способа атаки всех белых квадратов.

Я предположу, что читатель выполнил два последних описанных рисунка на кальке, и обозначу их 1а и 2а. Теперь, наложив рисунок 1а на рисунок 1, вы получите решение на рисунке 3, наложив рисунок 2а на рисунок 2, вы получите рисунок 4, а наложив рисунок 2а на рисунок 1, получите рисунок 5. Вы можете теперь перебрать все возможные комбинации этих двух пар рисунков, и при этом вы получите лишь те 3 решения, которые я привел, а также решения, получающиеся из них с помощью поворотов и отражений. Следовательно, существуют только эти 3 решения.

147. Два единственно возможных минимальных решения приведены на двух рисунках, где, как можно заметить, требуется лишь 16 ходов. Для большинства окажется трудным сделать число ходов меньше 17.

148. Путь показан на рисунке. Можно заметить, что десятый ход приводит нас в клетку, отмеченную числом 10, а последний, 21-й, ход заканчивается в клетке 21.

149. Пунктирная линия показывает путь, состоящий из 22 прямолинейных отрезков, которым рыцарь добрался до девы. Необходимо, войдя в первую камеру, немедленно вернуться назад прежде, чем войти в другую камеру. Иначе вам не удастся найти решение.

150. Если узник выберет путь, показанный на рисунке, где для простоты не изображены двери, то он посетит каждую камеру ровно по одному разу, пройдя 57 прямолинейных участков. Ни при каком пути ладьи по шахматной доске нельзя превзойти это число.

151. Прежде всего наименьшее число прямолинейных участков в каждом случае равно 22, и, дабы ни одну ячейку не посетить дважды, совершенно необходимо, чтобы каждый зашел в первую камеру, а затем немедленно «посетил» ту, из которой отправился; после этого он должен следовать вдоль пути, указанного на рисунке. Путь человека обозначен сплошной линией, а путь льва – пунктиром. Можно следовать вдоль каждого пути с двумя карандашами в руках и заметить, что человек и лев ни разу не встретились, хотя есть одно место, где они «мелькали в поле зрения друг друга».

Далее, мы обнаружим, что, двигаясь с постоянной скоростью, они никогда не окажутся в иоле зрения друг друга. Однако на рисунке можно заметить, что лев и человек оказываются в камерах, обозначенных буквой А, одновременно и, следовательно, могут увидеть друг друга через открытые двери. То же происходит, когда они оказываются в камерах В, причем верхние буквы в обоих случаях показывают положение человека, а нижние – положение льва. В первом случае лев устремляется прямо к человеку, тогда как человек, кажется, пытается зайти ко льву с тыла. Второй случай несколько более подозрителен, ибо похоже, что они здесь удирают друг от друга!

152. Я показал на рисунке, каким образом слон может посетить каждое из намеченных мест за 17 ходов. Очевидно, что мы должны начать с одного углового квадрата и закончить в диагонально противоположном «Головоломку нельзя решить за меньшее число ходов.

153. Передвигайте шашки следующим образом: 2–3, 9–4, 10 – 7, 3–8, 4–2, 7–5, 8–6, 5 – 10, 6–9, 2–5, 1–6, 6–4, 5–3, 10 – 8, 4–7, 3–2, 8–1, 7 – 10. Теперь белые шашки поменялись местами с красными за 18 ходов при соблюдении заданных условий.

154. Играйте следующим образом, используя обозначения, основанные на нумерации клеток на рисунке А.

На рисунке Б показано положение после девятого хода. Слоны на клетках 1 и 20 еще не ходили, но 2 и 19 уже двигались вперед, а затем вернулись назад. В конце 1 и 19, 2 и 20, 3 и 17 и 4 и 18 поменяются местами. Обратите внимание на позицию после тринадцатого хода.

155. На приведенном рисунке показан второй вариант турне ферзя. Если вы прервете линию в точке J и уберете более короткий участок этой прямой, то получите искомый путь для любой клетки J.

Если вы прервете линию в J, то получите невозвратное решение, начинающееся из любой клетки J. А если вы прервете линию в G, то получите решение для любой клетки G. Ранее приведенное турне ферзя можно также прервать в трех различных местах, однако я воспользовался возможностью привести второе турне.

156. Рисунок говорит сам за себя. Все звезды вычеркиваются за 14 прямолинейных движений, причем путь начинается и заканчивается белой звездой.

157. Решение вы видите на рисунке. Числа показывают направления прямых в их правильном порядке.

Можно заметить, что седьмой курс заканчивается у буя с флажком, как и требовалось.

158. В данном случае мы выходим за границы квадрата. Кроме того, все наши движения производятся ходом ферзя. Существуют 3 или 4 решения задачи.

Здесь приводится одно из них.

Можно заметить, что конькобежец вычеркивает все звездочки за один непрерывный путь, состоящий из 14 прямолинейных участков и возвращающийся в исходную точку. Чтобы проследить этот путь, нужно всегда двигаться по прямой как можно дальше до поворота.

159. На рисунке показано, каким образом все звездочки можно вычеркнуть за 12 прямолинейных движений, начиная и заканчивая черной звездой.

160. Правильное решение головоломки показано на рисунке сплошной линией. За 5 ходов ферзь проходит наибольшее возможное для него при заданных условиях расстояние. Пунктирная линия на исходном рисунке показывает путь, который предлагает большинство читателей, однако он короче первого.

Допустим, что расстояние между центрами соседних клеток, расположенных на одной горизонтали или вертикали, равно 2 дюймам и что ферзь движется из центра исходной клетки в центр той клетки, где он останавливается; тогда в первом случае путь превосходит 67,9 дюйма, а во втором – не превышает 67,8 дюйма. Разница не велика, но достаточна для того, чтобы выделить более длинный путь. Все другие пути короче.

161. Выберем в качестве решения этой головоломки один из самых красивых рисунков, какие можно получить, представляя каждый ход отрезком прямой, соединяющим центры соответствующих клеток. Для большей наглядности окраска клеток на рисунке не указана.

Таким образом, святой Георгий настигает дракона в строгом соответствии с условиями и в той элегантной манере, какую мы и могли ожидать от него.

162. Существует много решений этой небольшой сельскохозяйственной задачи.

Вариант, который я привел здесь на рисунке, довольно удивителен в том отношении, что содержит длинные участки параллельных прямых, образованных ходами.

163. Имеется ряд интересных моментов, связанных с этой задачей. Прежде всего если на положение двух концов пути не накладывается никаких условий, то совершенно невозможно составить такой путь, если только мы не будем начинать и заканчивать его в верхнем и нижнем рядах конур. Мы можем начинать в верхнем ряду, а заканчивать в нижнем (или, разумеется, наоборот), или же мы можем начинать в одном из этих рядов и заканчивать в нем же. Но мы не можем начинать или заканчивать путь в одном из двух центральных рядов. Однако начало и конец пути фиксированы условиями задачи. И все же первая половина нашего пути должна целиком ограничиваться теми клетками, которые на рисунке отмечены кружками, тогда как вторая половина пути должна, следовательно, ограничиваться клетками без кружков. Можно заметить, что клетки, обведенные для двух полупутей, расположены симметрично.

Следующий момент состоит в том, что первый полупуть должен заканчиваться в одном из центральных рядов, а второй полупуть обязан начинаться в одном из этих рядов. Теперь это очевидно, поскольку полупути должны быть связаны друг с другом, дабы образовать целый путь, а каждая клетка внешнего ряда связана ходом коня лишь с квадратами своего типа (то есть либо с кружками, либо без кружков). Следовательно, полупути могут соединиться лишь в двух центральных рядах.

Далее, существует ровно 8 различных первых полупутей и соответственно столько же вторых полупутей. Можно заметить, что из них удается составить 12 полных путей, а это и есть число различных правильных решений нашей головоломки. Я не собираюсь их здесь полностью перечислять, однако приведу ответ в такой форме, чтобы читатель сам без труда смог их все найти. Следующие числа соответствуют клеткам рисунка с теми же номерами.

Восемь первых полупутей – это от 1 до 6 (2 пути); от 1 до 8 (1 путь); от 1 до 10 (3 пути); от 1 до 12 (1 путь) и от 1 до 14 (1 путь). Восемь вторых полупутей: от 7 до 20 (1 путь); от 9 до 20 (1 путь); от 11 до 20 (3 пути); от 13 до 20 (1 путь) и от 15 до 20 (2 пути). Каждый новый способ, каким вы сумеете связать один полупуть с другим, даст новое решение задачи. Можно определить, что эти связи таковы: с 6 на 13 (2 случая); с 10 на 13 (3 случая); с 8 на 11 (3 случая); с 8 на 15 (2 случая); с 12 на 9 (1 случай) и с 14 на 7 (1 случай). Следовательно, существует 12 различных способов соединения и соответственно 12 различных решений нашей головоломки. Можно показать, что путь, приведенный на рисунке в условии задачи, состоит из одного из трех полупутей, идущих от 1 до 10, и полупути от 13 до 20. Стоит отметить, что 10 решений порождены пятью различными путями и их обращениями; другими словами, если вы отметите на рисунке эти 5 путей линиями, а затем перевернете рисунок вверх ногами, то получите 5 новых путей. Остальные два решения симметричны (в этих случаях 12 связано с 9, а 14 – с 7), и, следовательно, не порождают новых решений с помощью поворотов.

164. Изящное симметричное решение этой головоломки показано на рисунке. Каждый из четырех кенгуру совершает свою небольшую экскурсию и возвращается в свой угол, ни разу не прыгнув в клетку, посещавшуюся другим кенгуру, и не пересекая центральной прямой.

Читателю сразу же придет в голову возможность улучшить головоломку, разделив квадрат вертикальной прямой и потребовав, чтобы кенгуру не пересекали также и ее. Это означало бы, что каждый кенгуру ограничен квадратом 4×4, но это невозможно, как я покажу в решении следующих двух головоломок.

165. Пытаясь решить эту задачу, сначала необходимо взять два различных отсека соответственно из 20 и 12 клеток и проанализировать, где могут находиться здесь места входа и выхода. В случае большего отсека можно определить, что, желая совершить на нем полное турне, мы должны начать и закончить на двух внешних клетках длинных сторон. Но, хотя вы можете начинать на любой из этих 10 клеток, выбор конечной клетки ограничен, либо (что то же самое) вы можете заканчивать, где угодно, но тогда обязаны начинать путь на некоторых определенных клетках. В случае меньшего отсека вам придется начинать и заканчивать на одной из шести клеток, принадлежащих узким концам, а остальные ограничения такие же, как и в предыдущем случае. Небольшое размышление покажет, что в случае двух малых отсеков вы должны начинать и заканчивать в прилегающих друг к другу концах, а отсюда следует, что и в больших отсеках турне должно начинаться и заканчиваться на прилегающих сторонах.

На рисунке, где показано одно из решений, можно заметить 8 мест, в которых мы можем начинать это конкретное турне; но в каждом случае существует лишь один путь, ибо мы должны закончить визиты в том отсеке, где находимся, прежде чем перейти в другой. Мы обнаружим, что в клетках, отмеченных звездочками, должны располагаться точки входа или выхода, но соображения, связанные с поворотами, наводят нас на мысль сделать другие соединения в местах, отмеченных либо ромбиками, либо кружочками. В решении, приведенном на рисунке, выбраны ромбики, но встречаются другие решения, где вместо них используются кружочки. Я думаю, что эти замечания поясняют все существенные моменты данной головоломки, которая весьма интересна и поучительна.

166. На рисунке показано, как шахматную доску можно разделить на 4 части одинаковых размеров и формы, чтобы на каждой из них можно было совершить турне конем.

Для каждого коня существуют только один путь и его обращения.

167. Если бы читатель вырезал приведенную здесь диаграмму, сложил ее в форме куба и склеил с помощью полосок вдоль ребер, у него получилась бы довольно любопытная вещица.

Ее можно выполнить в большем масштабе. Если мы представим себе, что на каждой грани куба расположена шахматная доска, то, как удается показать, мы можем начать в любой из 384 клеточек и совершить полное турне по кубу, вернувшись в конце в исходную точку. Метод перехода с одной грани на другую понять легко, но трудность, разумеется, состоит в том, чтобы определить нужные точки входа и выхода на каждой доске, порядок, в котором следует брать различные доски, и найти расположения, удовлетворяющие требуемым условиям.

168. Наименьшее возможное число ходов, считая каждый ход по отдельности, равно 16. Но головоломку можно решить за 7 перемещений, если действовать следующим образом (любое число последовательных ходов одной лягушки считается одним перемещением). Все ходы, содержащиеся в одних скобках, образуют одно перемещение: (1–5), (3–7, 7–1), (8–4, 4–3, 3–7), (6–2, 2–8, 8–4, 4–3), (5–6, 6–2, 2–8), (1–5, 5–6), (7–1).

Это хорошо известная старая головоломка Гуарини, предложенная в 1512 г., и я привел ее здесь, дабы объяснить мой метод «пуговиц и веревочек» для решения этого класса задач с передвигающимися шашками. В случае А показана старая форма головоломки Гуарини, где требуется поменять местами черных коней с белыми. В задаче о «четырех лягушках» возможные направления ходов показаны прямыми линиями, дабы избавиться от необходимости объяснять неискушенным читателям природу ходов коня на шахматной доске. Но сразу же ясно, что две задачи эквивалентны. Центральной клеткой, разумеется, можно пренебречь, поскольку ни один конь не сможет в нее попасть. Теперь будем рассматривать грибки как пуговицы, а соединяющие их прямые как веревочки (см. случай Б). Тогда, расцепив веревочки, мы представим диаграмму в форме, показанной в случае В, где связи между пуговицами такие же, как и в случае Б, любое решение В приложимо к Б и А. Поставьте ваших белых коней на 1 и 3, а ваших черных – на 6 и 8 в диаграмме В, и простота решения станет совершенно очевидной. Вам нужно просто передвинуть коней по кругу в одном или в другом направлении. Сделайте приведенные выше ходы, я вы увидите, что не осталось ни малейших затруднений.

В случае Г я привел другую известную головоломку, впервые появившуюся в книге «Маленькие приключения Жерома Шарпа», изданной в Брюсселе в 1789 г. Поместите 7 шашек на 7 из 8 кружков следующим образом. Вы должны всегда ставить шашку на свободный кружок, а затем оттуда передвигать ее вдоль прямой, ведущей из этого кружка, в следующее свободное место (в любом направлении), где и оставлять шашку. Продолжайте действовать таким образом, пока все шашки не будут размещены. Помните, что вы ставите шашку на свободный кружок, а затем передвигаете ее на другой кружок, который тоже должен оказаться свободным. Теперь с помощью метода «пуговиц и веревочек» мы можем преобразовать нашу диаграмму, как в случае Д, после чего решение становится очевидным, «Всегда ходите на кружок, с которого вы передвигали шашку на предыдущем ходу». Это, конечно, не единственный способ, но простейшее решение, которое приходит на ум.

Существует несколько головоломок в этой книге, при решении которых данный метод может оказаться полезным.

169. Наиболее трудное место, которое должен выяснить для себя читатель, приступая к данной головоломке, состоит в том, чтобы решить, являются ли заштрихованные шашки (те, что находятся на правильных местах) просто «пустышками», не имеющими существенного отношения к делу. Из ста человек девяносто девять придут к выводу, что совершенно бесполезно передвигать какую-то из этих шашек, но здесь-то они и окажутся не правы.

Наикратчайшее решение в случае, если не передвигать заштрихованные шашки, состоит из 32 ходов. Однако головоломку удается решить всего за 30 ходов. Трюк состоит в том, чтобы передвинуть 6 (или 15) на втором ходу и вернуть ее на место на девятнадцатом. Полное решение таково: 2, 6, 13, 4, 1, 21, 4, 1, 10, 2, 21, 10, 2, 5, 22, 16, 1, 13, 6, 19, 11, 2, 5, 22, 16, 5, 13, 4, 10, 21. Всего 30 ходов.

170. Существует 80 различных расположений, образующих правильный путь коня, но только 40 из них можно достичь без того, чтобы два человека одновременно оказывались в одной камере. Наибольшее число людей, не участвующих в перемещениях, равно 2, и хотя путь коня можно устроить таким образом, чтобы оставить в исходных положениях 7 и 13, 8 и 13, 5 и 7 или 5 и 13, следующие четыре расположения, где неподвижными остаются 7 и 13 – единственные, которых можно достичь при заданных условиях. Следовательно, нужно найти наименьшее число ходов, приводящее к одному из этих расположений. Это, разумеется, не легко сделать, и нельзя предложить никаких четких правил, приводящих к нужному ответу. Во многом здесь дело сводится к личному мнению, терпеливому экспериментированию и острому глазу по отношению к расположению и поворотам!

Кстати сказать, расположения В можно добиться за 66 ходов, действуя следующим образом: 12, 11, 15, 12, 11, 8, 4, 3, 2, 6, 5, 1, 6, 5, 10, 15, 8, 4, 3, 2, 5, 10, 15, 8, 4, 3, 2, 5, 10, 15, 8, 4, 12, 11, 3, 2, 5, 10, 15, 6, 1, 8, 4, 9, 8, 1, 6, 4, 9, 12, 2, 5, 10, 15, 4, 9, 12, 2, 5, 3, 11, 14, 2, 5, 14, 11 = 66 ходов. Хотя это самое короткое решение, которое мне удалось найти, и я думаю, что более короткого не существует, я не могу это утверждать со всей определенностью. Наиболее привлекательным выглядит, конечно, расположение A, но вещи не таковы, какими кажутся, и достигнуть В оказывается легче всего.

Если бы можно было оставить свободной левую нижнюю камеру, то подошло бы следующее решение в 45 ходов, принадлежащее Р. Эрлику: 15, 11, 10, 9, 13, 14, 11, 10, 7, 8, 4, 3, 8, 6, 9, 7, 12, 4, 6, 9, 5, 13, 7, 5, 13. 1, 2, 13, 5, 7, 1, 2, 13, 8, 3, 6, 9, 12, 7, 11, 14, 1, 11, 14, 1. Но при этом передвигается каждый человек.

171. Сначала следует остановить свой выбор на наиболее обещающем пути коня, а затем попытаться достичь данного расположения за наименьшее число ходов. Я твердо держусь того мнения, что наилучшим будет расположение, представленное на рисунке, где, как можно заметить, каждое последующее число получается из предыдущего ходом коня, а пять собак (1, 5, 10, 15 и 20) никогда не покидают свои первоначальные конуры.

К этому расположению можно прийти за 46 ходов: 16–21, 16–22, 16–23, 17–16, 12–17, 12–22, 12–21, 7 – 12, 7 – 17, 7 – 22, 11–12, 11–17, 2–7, 2 – 12, 6 – 11, 8–7, 8–6, 13 – 8, 18–13, 11–18, 2 – 17, 18–12, 18 – 7, 18 – 2, 13 – 7, 3–8, 3 – 13, 4–3, 4–8, 9–4, 9–3, 14 – 9, 14 – 4, 19–14, 19 – 9, 3 – 14, 3 – 19, 6 – 12, 6 – 13, 6 – 14, 17–11, 12–16, 2 – 12, 7 – 17, 11–13, 16–18 = 46 ходов. Я, конечно, не могу категорически утверждать, что не существует решения с меньшим числом ходов, но думаю, что отыскать такое решение будет чрезвычайно трудно.

172. Назовем одну пешку А, а другую В. Далее, учитывая, что первый ход можно делать на одну или две клетки, мы получаем, что каждая пешка достигает восьмой клетки за 5 или 6 своих ходов. Следовательно, нужно рассмотреть четыре случая: (1) А и В делают по 6 ходов; (2) А делает 6, а В – 5 ходов; (3) А делает 5, а В – 6 ходов; (4) А и В делают по 5 ходов. В случае (1) делается 12 ходов, и мы можем отдать А любые 6 из них. Следовательно, 7×8×9×10×11×12, деленное на 1×2×3×4×5×6, дает нам число комбинаций в этом случае, равное 924«Аналогично в случае (2) 6 ходов из 11 возможных дадут нам 462 варианта, в случае (3) 5 ходов из 11 возможных также дадут 462 варианта, а в случае (4) 5 ходов из 10 возможных дадут 252 комбинации. Складывая эти числа, мы получим 2100, что и является правильным ответом для данной головоломки.

173. Белые пешки можно расположить 40 320 способами, белые ладьи – 2 способами, белых коней – 2 способами и белых слонов – 2 способами. Перемножая эти числа, мы обнаружим, что белые фигуры можно расположить 322 560 различными способами. Черные фигуры можно, разумеется, расположить таким же числом способов. Следовательно, общее число различных расположений равно 322 560×322 560 = 104 044 953600. Но почти все просматривают то обстоятельство, что при каждом расположении саму доску можно поставить 2 способами. Следовательно, ответ нужно удвоить, что даст 208 089 907 200 различных способов.

174. Всего существует 1296 различных прямоугольников, из которых 204 являются квадратами, включая саму доску, а 1092 прямоугольника – не квадраты.

В общем случае доска п X п содержит (n2+n)2/4 прямоугольников, из которых (2n3 + 3п 2 + п)/6 квадратов и (3n4 + 2n3 – 3п 2 – 2п)/ 12 прямоугольников, не являющихся квадратами. Стоит отметить тот любопытный факт, что общее число прямоугольников всегда равно квадрату треугольного числа со стороной п.

175. Небольшая тонкость состоит в том, что в конечной позиции перенумерованные ладьи должны располагаться в правильном числовом порядке, но в направлении, противоположном тому, которое было на исходной диаграмме, иначе задача не разрешима. Ходите ладьями в следующем порядке их номеров. Поскольку всегда имеется лишь одна свободная клетка, на которую можно ходить (за исключением последнего хода), то наши обозначения не вызовут недоразумений: 5, 6, 7, 5, 6, 4, 3, 6, 4. 7, 5, 4, 7, 3, 6, 7, 3, 5, 4, 3, 1, 8, 3, 4, 5, 6, 7, 1, 8, 2, 1, ладья берет слона и делает мат. При этом делается наименьшее возможное число ходов, равное 32. Ходы короля черных вынуждены, и нет необходимости их здесь приводить.

176. С. Лойд, Е. Н. Франкенштейн, У. X. Томсон и я независимо друг от друга пришли к одной и той же позиции, поэтому приведенное здесь решение можно считать наилучшим для данной любопытной задачи.

И белым поставлен пат.

Мы приводим на рисунке эту странную итоговую позицию. Легко заметить, что ни одна белая фигура не может ходить.

177. Ходите следующим образом:

Разумеется, под «королевским рядом» понимается горизонталь, на которой король находился первоначально. Хотя если черные будут играть плохо, то могут получить мат за меньшее число ходов. Выше учтены все возможные ходы черных.

178.

Теперь белые дают мат в три хода.

Данная позиция после шестнадцатого хода с матом в три хода впервые была дана С. Лойдом в его книге «Шахматные орешки».

179.

17. Король берет коня, и мы получаем искомую позицию.

Черные в точности повторяют ходы белых, поэтому выше приведены лишь ходы последних. В партии число ходов (17) наименьшее возможное.

180. Расположите 8 оставшихся белых фигур следующим образом: Кр на f4, Ф – b6, Л – dé, Л – g7, С – d5, С – h8, К – а5 и К на с5. При этом можно получить следующее количество матов:

Открывая Ф – 8

Открывая Л на d6 – 13

Открывая С на h8 – 11

Слоном на а5 – 2

Пешками – 2

Итого: 36

Возможно ли придумать позицию, при которой за один ход можно было бы дать более 36 различных матов? Насколько мне известно, никому еще не удалось превзойти мое решение.

181. Мистер Блэк оставил своего короля на клетке g2, и, какую бы фигуру Уайт ни выбрал вместо своей пешки, ему не удастся поставить Блэку мат. Как мы уже сказали, черный король не обращает внимания на шахи и никогда не двигается с места. Уайт может, проведя пешку на восьмую горизонталь, заменить ее ферзем, взять черную ладью и атаковать тремя своими фигурами, но мат совершенно невозможен. На любой другой клетке мат для черного короля оказался бы возможным. Сэм Лойд первым указал на ту странную особенность, на которой основана данная головоломка.

182. Переместите белую пешку с f6 на е4 и поставьте черную пешку на f7. Теперь белые ходят пешкой на е5, шах, и черные должны ходить пешкой на f5. Тогда белые ходят пешкой, берут, проходя, пешку, шах и мат. Следовательно, белые сделали ход последними и привели к данной позиции. Это единственное возможное решение.

183. Если вы расположите фигуры так, как показано на рисунке (где изображен только нужный участок доски), то черному королю будет сделан шах, а ходить ему некуда. Читатель видит теперь, почему я избегал термина «мат».

Помимо того, что отсутствует белый король, данная позиция невозможна в реальной шахматной игре, ибо белые не могут сделать черным шах двумя ладьями одновременно, а черный король также на последнем шаге не может занять позицию под шахом.

Я полагаю, что эта позиция была впервые опубликована Сэмом Лойдом.

184. Ходите следующим образом:

1. Л cб – d6 2. Кр b6 – a7 3. Л a6 – c6 (мат).

Черные делают вынужденные ходы, которые не нужно указывать.

185. Общая формула для шести пешек на квадратных досках больших 2 X 2 такова: ушестеренный квадрат числа сочетаний из п предметов по 3, где п – число клеток на одной стороне доски. Разумеется, если п четно, то и число незанятых клеток в одном ряду должно быть четным, а если п – нечетно, то и число незанятых клеток обязано быть нечетным. В нашем случае п = 8, так что ответ равен 18 816. Это иная форма уже знаков мой головоломки 27. Я повторяю ее здесь, чтобы объяснить метод решения, доступный новичку. Прежде всего очевидно, что если мы поставим пешку на любую прямую, то должны поставить на эту же прямую еще одну пешку, дабы число пустующих клеток оказалось четным. Мы не можем поставить в одной горизонтали 4 или 6 пешек, ибо в соответствующих вертикалях не удалось бы тогда обеспечить четное число пустующих клеток. Следовательно, мы должны поставить по две пешки в каждую из трех горизонталей и в каждую из трех вертикалей. Далее, при этих условиях существует всего 6 схем расположения, указанных на рисунке.

Я только упомяну, что А и Г – единственные два существенно различных расположения, поскольку если вы повернете А на четверть оборота, то получите В, а если вы станете поворачивать Г на четверть оборота по часовой стрелке, то получите последовательно Д, Е и Ж. Неважно, как вы располагаете свои пешки; если удовлетворяются условия головоломки, то вы обязательно получите одно из этих расположений. Разумеется, мы понимаем, что простое расширение не нарушает существенно характера этих расположений. Так, Б есть всего лишь расширенная форма А. Решение, следовательно, состоит в отыскании числа таких расширений. Предположим, что мы ограничились первыми тремя горизонталями, как в случае Б; тогда, поместив пары а и b на первых двух вертикалях, мы можем пару с расположить на любой из шести остальных вертикалей, что даст 6 решений. Теперь сдвинем пару b на третью вертикаль; тогда для пары с останется 5 возможных положений. Сдвинув b на четвертую вертикаль, мы оставим для с 4 возможности и так далее до тех пор (где а по-прежнему находится на первой вертикали), пока мы не сдвинем b на седьмую вертикаль, оставив для с единственное место на восьмой вертикали. Затем мы можем поместить а на второй, b на третьей, а с па четвертой вертикали и, сдвигая, как и прежде, с и b, находить серии новых решений.

Таким образом, мы получаем, что, пользуясь лишь схемой А и ограничивая себя только тремя верхними горизонталями, мы получаем столько ответов, сколько есть сочетании из 8 предметов по 3, то есть (8×7×6)/(1×2×3) = 56. Читатель сразу же догадается, что если можно 56 способами выбрать вертикали, то ровно столькими же способами в каждом из этих случаев можно выбрать горизонтали, ибо мы можем сдвигать пару сверху вниз точно так же, как и слева направо. Следовательно, общее число способов, подчиняющихся схеме А, равно 56×56 = 3136. Но, как мы уже видели ранее, существует 6 различных схем. Поэтому ответ равен 3136 X 6 = 18 816, как я и утверждал.

186. Ходите следующим образом: 3 – 11, 9 – 10, 1–2, 7 – 15, 8 – 16, 8–7, 5 – 13, 1–4, 8–5, 6 – 14, 3–8, 6–3, 6 – 12, 1–6, 1–9, и все шашки оказываются удаленными, за исключением /, что и требовалось в условиях задачи.

187. Ходите следующим образом: 7 – 15, 8 – 16, 8–7, 2 – 10, 1–9, 1–2, 5 – 13, 3–4, 6–3, 11 – 1, 14 – 8, 6 – 12, 5–6, 5 – 11, 31–23, 32–24, 32–31, 26–18, 25–17, 25–26, 22–32, 14–22, 29–21, 14–29, 27–28, 30–27, 25–14, 30–20, 25–30, 25 – 5. Две оставшиеся шашки – это 25 и 19; обе они принадлежат к одной группе, как и требовалось, причем 19 ни разу не сдвигается со своего исходного положения.

Я думаю, что невозможно придумать решение, где бы в конце игры на доске осталась только одна шашка.

188.

И получилась нужная позиция.

Порядок ходов не важен и может сильно меняться. Однако, несмотря на многочисленные попытки, число ходов уменьшить не удалось.