Введение
Разборная головоломка, также называемая трансформационной головоломкой или головоломкой Рихтера, – это головоломка, основанная на разбиении фигуры на части, где набор элементов можно собирать различными способами, образуя две или более различных геометрических фигур. Создание новых разборных головоломок также рассматривается как разновидность таких головоломок. Головоломки могут включать различные ограничения, например, шарнирно соединенные элементы, элементы, которые можно складывать, или элементы, которые можно поворачивать. Создатели новых разборных головоломок стремятся использовать минимальное количество элементов или создавать новые условия, например, обеспечивая соединение каждой части с другой посредством шарнира.
A dissection puzzle, also called a transformation puzzle or Richter puzzle, is a tiling puzzle where a set of pieces can be assembled in different ways to produce two or more distinct geometric shapes. The creation of new dissection puzzles is also considered to be a type of dissection puzzle. Puzzles may include various restraints, such as hinged pieces, pieces that can fold, or pieces that can twist. Creators of new dissection puzzles emphasize using a minimum number of pieces, or creating novel situations, such as ensuring that every piece connects to another with a hinge.
История
Дисекционные головоломки – это ранняя форма геометрических головоломок. Самые ранние известные описания дисекционных головоломок относятся ко времени Платона (427–347 гг. до н.э.) в Древней Греции и заключаются в задаче преобразования двух равных квадратов в один больший квадрат, используя четыре части. Другие древние дисекционные головоломки использовались как графические иллюстрации теоремы Пифагора (см. трисекцию квадрата). Знаменитая древнегреческая головоломка – Остомахион, математический трактат, приписываемый Архимеду; теперь два равных квадрата преобразуются в один квадрат из четырнадцати частей путем дальнейшего разделения первоначальных четырех частей. В X веке арабские математики использовали геометрические диссекции в своих комментариях к «Началам» Евклида. В XVIII веке китайский ученый Тай Чэнь описал элегантную дисекцию для приближенного вычисления значения π. Популярность головоломок значительно возросла в конце XIX века, когда газеты и журналы начали публиковать дисекционные головоломки. Создатели головоломок Сэм Лойд в Соединенных Штатах и Генри Дуденей в Соединенном Королевстве были одними из наиболее часто публиковавшихся. С тех пор дисекционные головоломки используются для развлечения и математического образования, а создание сложных дисекционных головоломок считается упражнением в применении геометрических принципов математиками и студентами. Диссекции правильных многоугольников и других простых геометрических фигур на другие подобные фигуры были темой колонки «Математические игры» Мартина Гарднера за ноябрь 1961 года в журнале Scientific American. Задача портного, показанная на рисунке ниже, демонстрирует, как разделить квадрат и переставить части, чтобы получить равносторонний треугольник. В колонке была представлена таблица наиболее известных диссекций, включающих квадрат, пятиугольник, шестиугольник, греческий крест и так далее.
Типы диссекционных головоломок
Некоторые типы диссекционных головоломок предназначены для создания большого количества различных геометрических фигур. Танграм – популярная головоломка такого типа. Семь элементов можно комбинировать в одну из нескольких базовых форм, таких как большой квадрат и прямоугольник, в которых их часто хранят, или в любое количество меньших квадратов, треугольников, параллелограммов или причудливых фигур. Создание одних геометрических форм легко, другие же представляют собой серьезную задачу. Эта вариативность и обеспечивает популярность головоломки. Другие диссекции предназначены для перехода между парой геометрических фигур, например, от треугольника к квадрату или от квадрата к пятиконечной звезде. Примером такой головоломки является «проблема портного», предложенная Генри Дюденеем в 1907 году. Она представляет собой диссекцию треугольника на квадрат всего из четырех частей. Это одна из самых простых известных диссекций правильного многоугольника на квадрат и является классическим примером. Неизвестно, возможно ли разделить равносторонний треугольник на квадрат всего тремя частями. Головоломка с «недостающим квадратом», в различных ее вариантах, – это оптическая иллюзия, в которой кажется, что существует равносоставленность между двумя фигурами разной площади. «Исчезающая головоломка» – это еще одна иллюзия, демонстрирующая разное количество определенных объектов при перемещении частей головоломки.