צילום: Paul Lloyd, Wikimedia Commons (CC0)
הניחו לפניכם לוח שחמט רגיל, שמונה על שמונה. עכשיו שאלה שנשמעת ילדותית: כמה ריבועים יש עליו?
התשובה הראשונה שקופצת לכל אחד היא 64. זה מספר המשבצות, וזה גם המספר שמלמדים אותנו לספור כשאנחנו מסתכלים על לוח. אבל התשובה הזאת מפספסת את רוב הריבועים שנמצאים שם.
קחו ארבע משבצות שמסודרות בריבוע - שתיים על שתיים. זהו ריבוע לכל דבר. גם תשע משבצות בסידור שלוש על שלוש הן ריבוע. וכך גם ארבע על ארבע, חמש על חמש, שש על שש, שבע על שבע - ולבסוף הלוח כולו, שהוא ריבוע אחד גדול בגודל שמונה על שמונה.
ברגע שמבינים זאת השאלה נעשית מעניינת. אנחנו לא סופרים משבצות אלא ריבועים מכל הגדלים, וכל אחד מהם יכול להתמקם בהרבה מקומות שונים על הלוח - ורובם חופפים זה לזה.
ואם כבר מדברים: מדוע להסתפק בריבועים? כל מלבן שגבולותיו מונחים על קווי הלוח הוא צורה לגיטימית באותה מידה - מלבן של שתיים על חמש, מלבן של אחת על שבע, וכן הלאה.
השאלה: כמה ריבועים מכל הגדלים יש בלוח שחמט של שמונה על שמונה? מהי הנוסחה הכללית ללוח בגודל n על n? וכמה מלבנים בסך הכול אפשר למצוא על אותו לוח?
אל תספרו הכול בבת אחת. ספרו לפי גודל: כמה ריבועים בגודל אחת על אחת יש? כמה בגודל שתיים על שתיים? נסו לחשוב על הפינה השמאלית העליונה של הריבוע - כמה מיקומים אפשריים יש לה?
ריבוע בגודל k על k יכול להתחיל ב-(9 פחות k) מיקומים לאורך השורות, וב-(9 פחות k) מיקומים לאורך העמודות. סכמו את המכפלה על כל הגדלים מ-1 עד 8. לגבי המלבנים, חשבו אחרת לגמרי: לוח שמונה על שמונה מורכב מתשעה קווים אנכיים ותשעה קווים אופקיים. כל בחירה של שני קווים מכל סוג מגדירה מלבן אחד בדיוק.
נספור לפי גודל. ריבוע בגודל k על k נקבע לחלוטין על ידי מיקום פינתו השמאלית העליונה. פינה זו יכולה לשבת בכל אחת מ-(9 פחות k) העמודות הראשונות ובכל אחת מ-(9 פחות k) השורות הראשונות, ולכן יש (9 פחות k) בריבוע ריבועים בגודל זה.
נציב את כל הגדלים: ריבועים בגודל 1 - 64. בגודל 2 - 49. בגודל 3 - 36. בגודל 4 - 25. בגודל 5 - 16. בגודל 6 - 9. בגודל 7 - 4. בגודל 8 - 1.
הסכום הוא 64 ועוד 49 ועוד 36 ועוד 25 ועוד 16 ועוד 9 ועוד 4 ועוד 1, כלומר 204 ריבועים.
שימו לב שקיבלנו את סכום הריבועים של שמונת המספרים הראשונים. הנוסחה הכללית ללוח n על n היא לכן n כפול (n ועוד 1) כפול (2n ועוד 1) חלקי 6. עבור n שווה ל-8: 8 כפול 9 כפול 17 חלקי 6, שהם 204. מספרים מן הסוג הזה נקראים מספרי פירמידה ריבועית, מפני שהם סופרים כדורים שאפשר לערום בפירמידה בעלת בסיס ריבועי.
ולמלבנים - כאן הספירה קלה עוד יותר, בתנאי שמסתכלים על הקווים ולא על המשבצות. בלוח שמונה על שמונה יש תשעה קווים אנכיים ותשעה קווים אופקיים. כל מלבן נקבע באופן חד ערכי על ידי בחירת שני קווים אנכיים ושני קווים אופקיים. מספר הדרכים לבחור שניים מתוך תשעה הוא 36, ולכן מספר המלבנים הוא 36 כפול 36, כלומר 1296.
מתוכם 204 הם ריבועים, ולכן יש 1092 מלבנים שאינם ריבועים. וכך שאלה שנראתה כמו ספירה של 64 משבצות מסתיימת ב-1296.
תגובות
- לא נמצאו תגובות





Post comment as a guest