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九连环的规律:通过玩九连环你就会发现存在这样一个规律:
(1)第 1 环可以自由上下
(2)而上/下第 n 环时(n>1),则必须满足:
(a)第 n-1 个环在架上
(b)前 n-2 个环全部在架下
拆解/安装的过程:正确的拆解是先以第 9 环为目标,先拆下它,简化为拆一个 8 连环。接着再也第 8 环为目标,拆下它,简化为拆一个 7 连环。以此类推,直至全部拆解。
其实安装和拆解是一个道理,因为他们均是使用上面说的规律来完成的。
正确是安装也是先以第 9 环为目标,先装上它,简化为装一个 8 连环。接着再也第 8 环为目标,装上它,简化为装一个 7 连环。以此类推,直至全部安装。
当然,现在这么说是便于理解,当你深刻的理解了上面所说的规律后,就会发现,安装上第 9 环后,问题可以被简化为装一个 7 连环,而当装上第 7 环后,问题就被简化为装一个 5 连环了,呵呵,就是这样的
怎样解九连环?
昨天我在书上看到了一段话,上面说中国古代有四大智力玩具,分别是七巧板、九连环、华容道、孔明锁。书上介绍了这四种智力玩具的玩法,好奇的我决定试试。
我们的教科书上曾经说过五连环的做法,五连环和九连环差不多,只是比九连环少四个环而已。于是,我弄来了铁丝,拿了尖嘴钳、锤子、竹子等工具,花了整整三个小时,终于做出了智力玩具九连环。
外国文献中把九连环叫做“ChineseRing”,世界上一致公认它是人类所曾发明过的最奥妙的玩具之一。
九连环不知道是什么时候发明的,由于年代久远,缺乏史料,许多人都认为它大概来自民间。十六世纪的大数学家、在普及三次方程解法中作出了卓越贡献的卡尔达诺在公元1550年(相当于我国明朝中叶)已经提到了九连环。后来,大数学家华利斯对九连环也作了精辟的分析。在明清二朝,上至所谓“士大夫”,下至贩夫走卒,大家都很喜欢它。
九连环一般都用粗铅丝制成,现在从事此道的民间艺人已经寥若晨星,我们只好自己动手来做一个。它共有九个圆环,每一个环上都连着一个较细的铅线直杆,各杆都在后一环内穿过,插在白铁皮上的一排小孔里。杆的下端都弯一小圈,使它们只能在小孔里上下移动,但脱不出来。另外再用粗铅丝做一个双股的钗。
玩这种游戏的目的是要把九个环一个扣住一个地都套到钗上,或者从钗上把九个环都脱下来。不论是套上或脱下都不容易,要经过几百道手续,还得遵循一定的规律,用数学的行话来说,就是有一套“算法”。
先介绍两种基本动作。如果要把环套到钗上去,先要把环从下向上,通过钗心套在钗头上,这一个动作除了第一环随时可做外,其余的环因为有别的环扣住,都无法套上。但有一点要注意,如果前面有一个邻接的环已经套在钗上,而所有其他前面的环都不在钗上时,那么,只要把这一个在钗上的环暂时移到钗头前面,让出钗头,后一环就可以套上去,再把前一个恢复原位。
至于环从钗上脱下的基本动作,只要把上面的“上环”动作倒过来做就行了。
懂了这两种基本动作之后,我们还要多加练习,要做到不论套上或脱下都能运用自如。现在可以看出,如果只要套上第一环,只须一步手续就行了。要套上第一、二两环,可先上第一环,再上第二环,因此,一共需要二步。如果要上三个环呢。手续就更麻烦了。必须先上好第一和第二两个环,还得脱下第一环,才能套上第三环,最后再上第一环,这样,一共需要五步。(为了统一起见,每移动一个环算作一步。)当环数更多时,手续必然更繁,如果一旦弄错,就会乱了套。幸而我国古代的研究家们早就考虑到了,他们根据古算的特色,创造了三句口诀:“一二一三一二一,钗头双连下第二,独环在钗上后环。”(最后五步是一二一三一;脱环时最先五步是一三一二一。)
换句话说,移动的手续是,每八步可作为一个单元,其中的前七步一定是“一二一三一二一”,至于到底应“上”应“下”呢,这可依自然趋势而定。即:原来不在钗上的应“上”,原来在钗上的应“下”。至于第八步则要看那时钗头的情况而定:如果有两环相连时,一定要脱下后一环;如果钗头只有单独的一环时,一定要套上后一环。以上就是口诀的意思,“算法”的全部奥妙就都在这里了。根据这三句口诀,解开或套上九个环,虽然有341步之多,也不费吹灰之力了。据我国古代小说记载,民间老艺人把九连环全部解开来,大约只要五分钟左右。
1975年,在国外出版了一本专书,专门讲各式各样的数列。由于电子计算机的飞速发展,数学里有一种“离散化”倾向,因此,这本书的出版,被认为是前所未有的,得到了各方面的好评。在这本书里,也收罗着下面的数列:
1、2、5、10、21、42、85、170、341、……
起先大家都莫名其妙,不知道它是干什么用的,因为它既非等差数列,又非等比数列,也不是一些有名的数列。但是,后来一经指点就恍然大悟了,原来它就是“九连环”数列。第一项的1,表明解开一个环只要一步,第二项的2,表明解开二个环需要二步,……等等以此类推。由此可见,解开九个环,一共需要三百四十一步。
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