De gewichten van Bachet

Dit probleem werd 400 jaar geleden aangekaart door de Franse wiskundige Claude Gaspard Bachet de Méziriac(1581-1638): wat is de kleinst mogelijke verzameling gewichten waarmee je iedere gehele kilo van 1 tot 40 kan afwegen?

Eigenlijk staat dit raadsel in het liber Abaci van Leonardo Pisano(1202). Bachet was een dichter, vertaler en tolk en was de schrijven van het raadselboek Problèmes plaisants et délectable qui se font par les mombers(1612). In dit standaardwerk voor creatieve wiskunde staat onder andere dit probleem.

Elk natuurlijk getal tussen 1 en 40 kan je in het drietallig talstelsel schrijven. Daarvoor heb je enkel de getallen 1,3,9 en 27 nodig. Dit zijn onze basisgewichten. Maar hoe kunnen we dan alle gewichten tussen 1 en 40 afwegen?

  • In de drietallige schrijfwijze komen alleen nullen en enen voor: neem bvb. 13=(111)_3=1+3+9. Dus kan je met de gewichten 1,3,9 een gewicht van 13 afwegen.
  • Wat te doen als er een 2 voorkomt in de drietallige schrijfwijze? Neem bvb. (121)_3=1+2*3+9=1+(3-1)*3+9=1-3+2*9=1-3+(3-1)9=1-3-9+27=16  Je kan dit dan schrijven als 1+27 = 16 +3 +9. Leg dan de gewichten 1 en 27 op de linker schaal en de gewichten 3,9 samen met het gewicht 16 op de rechterschaal.
  • Omdat de som van 1,3,9 en 27 juist 40 is kan je dus zo elk gewicht tussen 1 en 40 afwegen!

Een getal raden

Je mag  een getal kiezen  uit de verzameling {0,1,2,…,15}. Hoe kan ik met een minimum aantal ja/neen vragen dit getal raden?

Antwoord Klik hier

Voetbalcompetitie

Een voetbaltoernooi met 4 ploegen geeft volgend resultaat. Je krijgt 2 punten bij een overwinning, 1 punt bij een gelijkspel en 0 punten bij verlies.

    \[\begin{array}{c|c|c|c|c|c|c} A&3&1&2&0&3-1&4 \text{pt}\\B&3&1&2&0&4-3&4 \text{pt}\\C&3&0&3&0&2-2&3 \text{pt}\\D&3&0&1&2&0-3&1 \text{pt} \end{array}\]

Zoek de resultaten van alle wedstrijden.

Antwoord Klik hier

 

Schuifpuzzel

 

De schuifpuzzel is een puzzel, meestal op een bord van 4  op 4 met 15 verschillende stukken en 1 leeg veld; Het wordt dan ook   15-puzzel genoemd, maar bestaat ook in andere afmetingen. De bedoeling is om de stukken terug in de goede volgorde te krijgen door de stukken te schuiven.

De oorspronkelijke versie van dit spel werd in 1874 ontwikkeld door de New Yorkse postdirecteur Noyes Palmer Chapman. De vierkantjes zaten los en de speler kon ze in willekeurige volgorde neerleggen en dan proberen de puzzel door schuiven op te lossen. In de afbeelding hierboven uit Sam Loyds Cyclopedia waren in de beginpositie de getallen 14 en 15 van plaats gewisseld. 

Niet elke beginpositie is oplosbaar. Wiskundigen hebben onderzocht welke beginopstellingen kunnen worden opgelost. Neem bijvoorbeeld bovenstaande puzzel, beter afgebeeld als:

Is dit oplosbaar?

Twee speltoestanden worden als equivalent gedefinieerd als de ene door een aantal malen schuiven in de andere kan worden overgevoerd. Deze relatie is een equivalentierelatie.  Of  de puzzel oplosbaar is betekent dus of bovenstaande schikking equivalent is met de begintoestand. Men kan aantonen dat twee speltoestanden equivalent zijn als de pariteit van de permutatie van de 16 elementen die de ene in de andere overvoert gelijk aan die van de ‘afstand’  tussen de lege velden van de twee speltoestanden (dit betekent dat de twee lege velden zoals bij een schaakbord dezelfde of een verschillende kleur hebben). Wat geeft dit nu voor onze opgave?

  • de lege vakken staan in begin en eind situatie opdezelfde plaats: dus pariteit 0
  • De eindsituatie wordt bekomen uit de beginsituatie via 1 transpositie ( 1 omkering: 14 versus 15); Dus is de permutatie oneven en heeft pariteit 1.
  • De twee pariteiten zijn verschillend en dus is de puzzel onoplosbaar. Er werd dus ten onrechte een prijs van 1000$ uitgereikt voor de oplossing!

 

Nog een raadseltje

De pastoor geeft zijn parochieassistente een probleempje om op te lossen: “Er zijn drie parochianen waarvan het product van de ouderdommen gelijk is aan 2450. De som van hun ouderdommen is het dubbel van jouw leeftijd.” De assistente zegt: “Ik weet het nog niet.” Dan zegt de pastoor: “De drie parochianen zijn alle drie jonger dan ik.’ “Nu weet ik het,” roept de parochieassistente. Welke zijn de leeftijden van de drie parochianen?

Antwoord Klik hier