■ポリオミノの問題(その1)

 ポリオミノパズル(ゴロム)とライフゲーム(コンウェイ)のどちらが好きかと問われたら,幾何学者だったら前者と答えるに違いない.それは前者が空間充填の問題だからである.

 [参]ゴロム「ポリオミノの宇宙」日本評論社

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【1】ペントミノ問題

 5個の正方形をつなぎ合わせた形状は,ペントミノと呼ばれる.最初のペントミノ問題はデュドニーのカンタベリー・パズル(1907年)にあるという.それは

(Q)ペントミノは何種類あるか?

という問題である.

(A)ペントミノは12種類ある.

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 TUVWXYZXFILPNと憶えるおくとよい.そのうちLWN

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を除く9種類は4個の合同な片に分解できることが確かめられている.しかもその形は一意である.

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 8×8のチェス盤のうち,4隅(1,1)(1,8)(8,1)(8,8)を除いた60マスを12種類のペントミノで覆うやり方は数多くある.同様に,(2,2)(2,7)(7,2)(7,7)の4マス,(3,3)(3,6)(6,3)(6,6)の4マス,(4,4)(4,5)(5,4)(5,5)の4マスを除いた残りをペントミノ12個で覆うことができる.

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[Q]ペントミノ12ピースを6×10,5×12,4×15,3×20の長方形の箱に戻すことは可能か?

[A]6×10の箱に12ピースを収める組み合わせ数は2339通り,5×12では2010通り,4×15では368通り,3×20では2通りある.3×20が一番難しく,2通り敷かないことがわかっている.

 小学生の娘は6×10の箱に12ピースを収めるパズルを楽しんでいるが,自力で何通りもの解を発見したといっていた.

 複雑な形

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を早めに箱に入れて,単純な形を後に残すことがコツだそうである.

 下の写真は12ピースを6×10の長方形の箱に戻した例であるが,解は1通りではない.

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[Q]3倍幅のTUVWXYZXFILPNをペントミノ12ピースで構成することは可能か?

[A]すべて可能である.

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