■可能なタイル貼り・不可能なタイル貼り(その8)

【1】ドミノ問題の直観的証明

(Q)隅とそのちょうど反対側の隅にあるマス目を切り取った8×8のチェス盤を31個のドミノ(2マスサイズ)では覆いつくすことはできるだろうか?

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(A)チェス盤を市松模様に塗ると32の黒マス,32の白マスができる.2つの向い側の白い角を取り除くと32の黒,30の白ができる.しかし1枚のドミノを置くとき,黒と白の正方形が1つずつ覆われるからどうしても2つの黒い正方形が残ってしまう.

 このように隅を切り取られたチェスボードでは白か黒どちらかのマス目が多くなるため,ドミノでは覆いつくすことができないのである.

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【2】コンウェイのタイル貼り群を用いた証明

 このドミノタイルには2通りの異なる向きがあるが,その境界は

  W1=x^2yx^-2y^-1,W2=xy^2x^-1y^-2

また,2隅のチェス盤は

  U=x^7y^7x^-1yx^-7y^-7xy^-1

 タイル貼りでできないことを示すには,W1=W2=eからU=eを導けないことが示せればよい.そこで,

  φ(x)=(213),φ(y)=(132)

とすると

  φ(x^2)=(213)(213)=(123)=φ(e)

  φ(y^2)=(132)(132)=(123)=φ(e)

  φ(x^-1)=φ(x)=φ(x^7)

  φ(y^-1)=φ(y)=φ(y^7)

  φ(xy)=(312),(312)^3=(123)

  φ(U)=φ(xy)^4=(312)^3(312)=(312)

=(132)

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【3】コンウェイのタイル貼り群を用いた証明(その2)

 □を三角形状に積み上げて次数nの三角文様を作る.

 次数 1  2    3      4        5

    □  □    □      □        □

      □ □  □ □    □ □      □ □

          □ □ □  □ □ □    □ □ □

                □ □ □ □  □ □ □ □

                        □ □ □ □ □

 あらゆるnに対してn次の三角文様を3点棒□□□で覆いつくすことは不可能であることを示してみたい.

 次数 1  2    3      4        5

    □  □    □      □        □

       □□   □□     □□       □□

            □□□    □□□      □□□

                   □□□□     □□□□

                            □□□□□

と階段状に並べ替える.

 3点棒タイルには3通りの異なる向きがあるが,その境界は

  W1=x^3yx^-3y^-1,W2=xy^3x^-1y^-3,W3=(yx^-1)^3(y^-1x)^3

また,三角文様は

  Un=y^-nx^n(y^-1x)^n

 あらゆるnに対してタイル貼りでできないことを示すには,W1=W2=W3=eからUn=eを導けないことが示せればよい.(省略)

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