我这里讲的魔方是中块带有标记的三阶魔方
每个人都知道,它有6个中块、8个角块、12个棱块。魔方的变化是由块之间的交换、与块自身的扭转组成的。在块的交换来讲,棱块变化最多,角块次之,中块不存在交换。但在块的原位扭转来讲,中块有4种、角块有3种、棱块有2种。
现在就可发现一个很奇怪的现象了:对于一个魔方来讲,三种块自身的扭转变化总和是一样的。中块是6×4=24、角块是8×3=24、棱块是12×2=24。这是巧合?还是魔方本身就与数学有连系呢?
有意思!
yumin598 朋友,如果你愿意,可将你的还原方法传给我,我帮你整理帖到论坛。
我的电邮:cube_master@163.com
[此贴子已经被作者于2005-2-5 11:06:49编辑过]
厉害,大烟头不写出来我还真没发现有这个规律,看来魔方和数学的关系真密切啊。
接着乌木兄也写个“魔方与24之我见”~
3阶的24是这样算的:
中心块有4个取向是因为每个面有4条棱,棱块固定的有2个取向因为一条棱被两个面共享,角块有3个取向是因为正六面体中一个顶点被3个面共享。
于是:
中心块:6个面×4条棱=24
棱块:(6个面×4条棱÷2)×2取向=24
角块:(6个面×4个角÷3)×3取向=24
而且对一个面来说,边数等于角数,所以上面的结果都是:面数×每个面的边数。对于正多面体,就可以这样算,比如乌木指出的:正12面体,于是12×5=60,就是这个样子。再比如对于正八面体,8×3=24。
然而重点是:不是乘积,而是对所有的求和。对于正多面体,各个中心、棱、角都一样,所以用乘法可以算。但是对于一般的多边形,只能用求和来算了。
推广一下,“中心块、棱块、角块各自的取向数之和相等”这个结论对于任何凸多面体都成立,不过前提是对于每个面只将其分割为中心块、棱块和角块。这些可以写成求和的形式,公式不好编辑,就不写了,大家可以随意画个多面体,算出每个中心块的取向数再全部加起来,每个棱块的取向数再全部加起来,每个角块的取向数再全部加起来,一定相等。
我的帖子《方型魔方的一般模型》里面就很具体的谈到了魔方与数学的连系。里面就有魔方与24的联系。24状态定理就是很好的体现。而且我是统一用数学的方法得到的,并不需要分类。
其实补充一点:三阶有标记的魔方的体心块你没有考虑。它也是一类小块,但它在三阶有标记的魔方里面只有一个。但在块的原位扭转来讲,它在原地有24种扭转。就是体心块是24×1=24。
我还用24状态定理解释了很多问题,比如四阶的棱块不能原地转动的问题。
还可以利用24状态定理计算组合数。
应该可以这样说N阶魔方的每种块都有24变化状态。魔方的变化有两方面的,一是位置变化,二是原位的色向变化。每种块的总变化都是24种。
如4阶的棱块位置有24个,所以它不存在色向变化了。同理4阶的中块位置也是24个,所以4阶的中块不存在色向变化!那三阶的角块只有8个位置变化,所以三阶角块的色向变化为24/8=3。同理三阶中块色向变化为24/6=4。
每种块的总变化都是24,同样适用于高阶魔方。
好。我说的就是这个意思,你现在终于明白了。如果以色子的观点来看魔方与24之间的关系是很简单,很明显的。不需要分类就可以搞明白。可见一般人对色子还是不能真正深入的理解。应该可以这样说N阶魔方的每种块都有24变化状态。应该说是每个块,即N*N*N个块,包括内部和外部的。我已经反复说了,魔方与24是与小块分类是无关的。是N阶魔方所有块的共同属性。只分析一块就可以得到。
看来真正理解色子的人恐怕只有我一人了。
魔方的变化有两方面的,一是位置变化,二是原位的色向变化
现在我以色子的观点来阐述魔方的变化:魔方的变化只有色向的变化。因为在坐标系里面来看。魔方的某一块的六个面都有一定的朝向。即朝向X+,X-,Y+,Y-,Z+,Z-六个方向。只有平动的时候,它的色向才不会变。但魔方的小块是不可以平动的。(证明可以参看我的帖子《方型魔方的一般模型》)所以魔方小块的色向一定会变。就是统一的24种色向变化。
对 不能把三阶内部的"支架"固定不动的来看
所有阶鲁毕克魔方都是24相关的,偶阶还有24同态,这基本上是一个基础公理
呵,我曾经也为这个郁闷过,现在明白了。
我自己也有一套通俗易懂的解释,我把它称为魔方块状态数盒子判断法,如图:
把N*N*N阶的魔方放到与它外观一样的盒子中,它有24种不同的装法!(同一个面朝上时,有四种装法,六面就是6*4=24种)这说明N*N*N阶魔方的所有魔方块状态数都为24。
推广:
把N*N*M阶长方形的魔方放到与它外观一样的盒子中,它有8种不同的装法!这说明这类的魔方在保持这种长方形的形状下,每种魔方块只有8种状态数,这能说明什么呢?这能说明这种魔方角块不存在色向上的变化了,如3*3*5阶魔方中块上变化就是3*3面上的中块可以正逆转90度与180度,3*5面上的中块只能180度了。
把N*M*L阶长方形的魔方放到与它外观一样的盒子中,它有4种不同的装法! 这说明这类的魔方在保持这种长方形的形状下,每种魔方块只有4种状态数,这能说明什么呢?这能说明这种魔方角块不存在色向上的变化了,如3*5*7阶魔方中块上变化只能180度了。
把SQU 1魔方放到与它外观一样的盒子中,这个要注意了,放的时候旋转面的纹路要保持一样,这样它有8种的装法!这说明这类的魔方在保持这种魔方“旋转面的纹路”的形状下,每种魔方块只有8种状态数,SQU1魔方每种块刚好是8个,这说明这种魔方没有色向上的变化了
上图是从大烟头的领地找到的五阶拆解图,大烟头你给大家解释一下,顶在转动轴端的中心块是如何在转动中比此交换了位置? 今天我去成都出差了,总不能说成是"成都走过来"见我了,你们二人为了凑一个"24",活生生地将中心块扯进去交换位置,不妥吧? 中心块的确跟24相关,不过应该这样说:六个中心块在固定位置分别有四个状态,所有中心块的状态和是4*6=24 至于中心块的扰动请见N阶定律 对就是对,错就是错,等24小时后兰州机场就要"走过来"接见我,有钱挣了,哈哈哈... |
上图是从大烟头的领地找到的四阶拆解图,大烟头你给大家解释一下:从左至右的四个层的转动对中间的内核("球")的影响是否是一样的.
至少从我拆解四阶魔方的过程发现:平行的四个层中间有三个层的转动是不带动内核转动的,但总有且只有一个层是一定要带动内核一起转动的.这大烟头应该最了解了,请问是否如我所言?
这和三阶(五阶)中间层带着内核一起转动有又什么区别?
你偏就认为四阶里面这可以算是独立转动,而三阶(五阶)中就不是独立转动.
看不出小邱上贴到底想说明什么,我只知道五阶的中心块从结构上讲,只能定在轴端原地打转,难到不是这样?很遗憾如此显而易见的问题,还须要争论.是不是承认中心块不能交换位置,将意味着你的方程将出现严重问题?
[此贴子已经被作者于2005-11-23 23:33:49编辑过]
那我问你,N阶魔方定律是只讨论结构实现存在的魔方吗?如果是的话,那么N阶魔方定律就到七阶为止了.
很明显N阶魔方定律讨论的是空间色子阵魔方,而不是现实结构的魔方,这样定律才能拓展到无穷高阶.
你能否举一个13阶魔方的中心块结构来给我看看.
原来你们两个人也爱研究魔方结构,我感到很高兴,还以为构造区的贴子快发霉了,看理论这么热闹,我就忍不住跑过来乐一乐,呵,玩笑。
先说一下,不要重复发贴了,把战场转移到这里就行了,要批就来批我好了。小邱最近被批得够烦了,呵,玩笑。
清兄的意思我明白,就是奇阶魔方的中块是与内核轴相连的,于是提出中块不能轮换是吗?
我与小邱已经说了很次了,清兄脑袋瓜先入为主的观念,就是把奇阶魔方的内核轴为参照点(或称坐标系顶点),这当然中块只有4个色向变化的状态了。
请问清兄一下,计算三阶魔方的总状态数时,以三阶的一个角块为参照点,你能否算出三阶魔方的总状态数?你如能算出来,你就毕业了。
[em05][em01]邱兄弟写的卫星运动方程可能是这样:
站在卫星上,描述地球运动
就是任何奇阶的中心块也不可能互换位置,邱兄弟,你的数学专业是不是没有几何课程?你真是牛得极富个性!!
一个睁眼说瞎话的结构专家,一个让机场"走到"他家门口接人的相对论数学家,真是仙配!!
清兄,我们还是言归正传,来讨论一下中块是否有24个状态:
计算奇阶魔方的总状态数时,以内核轴为参照点时,会好算一点。这是省事为目的的,是不科学的。
计算偶阶魔方的总状态数时,呵,就不能以内核轴为参照点了,省事不了了,忍大师计算偶阶魔方的总状态数时,最后还要除一个24,如果他以魔方中任何一个块作为参照点时,就不要除这24了!同理也说明魔方上每种块都有24个状态。
你连偶阶为什么除24的道理都没有看清楚!
卫星运动方程应该站在卫星上,描述地球运动,这样才最科学,最自然,最个性,最牛皮!!
你连偶阶为什么除24的道理都没有看清楚!
卫星运动方程应该站在卫星上,描述地球运动,这样才最科学,最自然,最个性,最牛皮!!
看来清兄对忍大师的偶阶为什么除24的道理,看得很清楚了。能否说来听听。
我也送清兄一个雅号为“无理取闹”大师算了,不然为何一急起来就骂人啊!
呵呵,我已经问了好几个问题了,清兄能否回答?不回答也行,千万不可骂人,在论坛里骂人,是没有职业道德的表现,切记切记。会给人留下不好的印象的。
[em01][em01][em01][em23][em23][em23]
再次问一下清兄,这37楼的两个例子中,在那两个公式的作用下:
是否角块与棱块位置不变、中块与内核轴在移位?
请回答
大烟头,请将你的三阶五阶拨光,只留下内轴,照个像传上来!花这么多时间讨论三阶五阶中心块如何互换位置,真是前所未有地大开眼界!我老了,理解不了.
正式宣布退出这场世纪讨论
我举例说明了,你不理解我就没办法了。
忍大师那些没有举例说明的论文,你说你看懂了,呵,我有点不相信啊[em03]
上面字太小,改名后我无法对它编辑,故重贴于下:
“魔方与24”之我见-1
若事物A有A1、A2两个,每个有状态0和1,则组合总数为2的2次方=4。(00,01,10,11)。A有3个,每个有0、1两态,则组合总数为2的3次方=8。(000,001,010,011,100,101,110,111)。等等。故,棱的变化总数为2的12次方=4096,不包括各棱没到位状态的变化数!各棱都到位的前提下,4096中还要扣除对魔方来说不可能的情况,因为此时要求翻正的棱块总数必定是偶数。故棱的变化总数为2048。对于角块、中块也要作类似考虑。如果魔方各块被拆散互不搭界,则您说的三个数都是24,又是另一种含义。但也够有意思了,我现在还不会解释。 乌木 05-02-03
“魔方与24”之我见-2
接着说。与数学有关的恐怕不在于“三个乘积都等于24”,因为在这样分割的魔方中,心块、角块、棱块各自的原地取向只能是4、3、2,问题是这魔方的面数(f)、顶点数(v)、棱数(e)符合“欧拉多面体定理”——v+f-e=2。所有的凸多面体都符合该定理。例如四面体、八面体、十二面体、二十面体都这样。六面体的传统魔方来说,8+6-12=2。但魔方的分割法变了以后,例如异形魔方(square-1),形状复原为立方体时,仍符合欧拉定理,但就没有“三个24”了!它的角块数仍为8,边块数=?心块数=?只有一个24了。
不过,若一种魔方其分割法能像传统魔方那样,可在欧拉定理基础上得出三个定数,则不妨把它们归属为一类,给个恰当的名字。比如,三阶的四面体魔方中,角数4x3=棱数6x2=特殊心块数4x3=12,哇!“三个12”! 魔方吧图片中的12面体魔方(北大姜伯驹院士有一个!) 中,角20 x3=棱30x2=心12x5=60,哈!“三个60”!愿欧拉在天之灵安息!
所以,“三个24”的数学意义应该如上所述。是不是这样?愿请数学家指点。
乌木 2005-2-4
“魔方与24”之我见-补正
昨天说到异形魔方(square-1)时,有点问题,现补正一下。它没有翻角和翻边的要求,非立方体的各块也不可能翻,故谈不上乘以3和乘以2了,即连一个24都没有。
异形魔方有个“公开的秘密”:严格说,它不是立方体!形状复原时,上下两个有斜缝的面是正方形,即六面体的长和宽一样,;但 它的高比长(宽)稍大,和上下面中的斜缝等长。斜缝当然比长(宽)长。这么设计应该是(另一种玩法)做种种怪异立体造型的需要,以免出现不协调的接缝。 可谓独具匠心!
乌木 2005-2-5
我只是发现个现象,乌木先生所说的就更完整了。
这是我从结构上来分析的结果:
从结构上来分析,与轴连接的块是中块,两中块间的块是棱块,三棱块固定的块是角块。
四轴魔方:4个中块(中块有3个色向变化),6个棱块(棱块有2个色向变化),4个角块(角块有3个色向变化)。每种块的个数与色向乘积都为12,为12同态。
六轴魔方:6个中块(中块有4个色向变化),12个棱块(棱块有2个色向变化),8个角块(角块有3个色向变化)。每种块的个数与色向乘积都为24,为24同态。
十二轴魔方:12个中块(中块有5个色向变化),30个棱块(棱块有2个色向变化),20个角块(角块有3个色向变化)。每种块的个数与色向乘积都为30,为30同态。
象忍大师那样以轴为参照点,有中块的魔方就没有所谓的同态出现了。
那魔方同态与魔方形状有关还是与请魔方结构有关呢?
这四个都是四轴魔方,如果把它们的贴色都加上图案,即都为全色魔方时,它们的总状态是一样的,它们的同态应该是一样的,都为12。所以说魔方同态与形状无关。
我觉得魔方的同态与所采用的旋转方式有关,象这4轴魔方最少只要用四个旋转符号来旋转就可达到全部状态了,那这时就不存在12同态。如果是用8个旋转符号来转,就存在12同态了。
象三阶全色魔方大家就比较清楚,如只用6个面来转,是可以转出全部状态的,但如果中层也转,那就存在24同态了。
见:四轴类魔方Skewb一族
http://bbs.mf8-china.com/dispbbs.asp?boardID=5&ID=2150&page=1
烟头兄,又回到老问题上了,中心块之间的相对位置不变,如何描述中心簇的簇内变换总状态?中层可以转动,那么如何建设与中层不转动相对应的状态计算等价关系,可以探讨一下。
中心簇的簇内变换总状态就是该魔方的同态数。
像四轴类魔方用4个旋转面旋转就可达到全部状态,但很多人喜欢用8个旋转面旋转来表达,你会去叫人家不要转其它四个面吗?[em01]
在四轴魔方中,半个魔方A相对于另半个a的旋转,也就是a相对于A的旋转,所以你说“用4个旋转面旋转就可达到全部状态”就是此意。A=a,B=b,C=c和D=d,等等。(A表示半魔方A顺转,余类推。)对吧?
有趣的是,2阶立方体魔方也类似。不过2阶立方体魔方是6轴的,只需转3个面即可达到全部状态。操作U=D,R=L,F=B,等等。对吗?
能否说四轴类和六轴立方体类在2阶立方体魔方处有某种交汇?
进一步,是否有多种魔方的“交会点”?要有的话,邱兄的“一式解万方(续)”算不算?
[此贴子已经被作者于2006-11-1 10:55:29编辑过]
有点小问题:
它们是同一类的魔方,见
http://bbs.mf8-china.com/dispbbs.asp?boardid=5&id=2078&star=2#34635
你们几个理论派 大佬 也该洗洗脑了,所谓的什么 搅(扰)动、24 等
都不是 正六面体魔方 的性质,太“老掉牙”了,早已不适应魔方理论的拓展。
比方 正六面体四轴二阶魔方(Skewb)、 正六面体八轴二阶魔方(Dino Cube)
等魔方 根本没把 所谓的 搅(扰)动、24 放到眼里,真叫人“笑掉大牙”。[em07]
最终 某些 专门研究 正六面体魔方 的 理论基石 被 “彻底颠覆”[em01],再也无法
搅动 大家了(当然论坛中暂时的 “扰动” 还会存在一段时间,请大家莫见怪)!
嗯,看来所谓的 搅(扰)动、24 等“什么也解决不了”的“儿科问题”[em01]
都不是 正六面体魔方 的基本性质。循环、48态 等才是 正六面体系列魔方
的基本性质。
注:其中“ ”中的内容是 引用 了某位“大师”的 杰作,本人认为把 它
放在这里 恰如其分 ,希望这位“大师”能多出些类似“杰作”以便老夫 引用。
若有 引用 不妥、不当之处,还请大家见谅!
“24”尚可理解,“48”怎么来的?是否是您另一处说的加入了魔方状态的对称态所致?如果是的,我想,一个魔方与其镜像一般是无法重合的,即属于两个魔方。两者的什么属性数怎么能加起来呢?如果把两者的什么属性数加起来后,除以24不够了,改除以48,是否多此一举?
请您仔细研究:48 同态图解 。 24 态 与 48 态 是两种截然不同的概念,您可能是被 24 态误导了。您如果仔细研究 48 同态图解 中的 48 张图片 自然就会明白了。
ggglgq 回复
[此贴子已经被ggglgq于2006-11-6 11:48:06编辑过]
小G,请你看清楚N阶定律声明的作用对象-正方体色子阵魔方,最近你好象病的不轻,将猴都看成人了,去看医生吧,不要在这里自取其辱,胡搅乱搅弄臭的只可能你自已,回到你的据点,没人想麻烦你。有时间,ggglgq可以去拜读一下PENGW“ 基于N阶定律的魔方最短步数分析导论”. 也许ggglgq想要的成果都在里面,相信你一定会喜欢,别人都替你完成所有工作了,哈哈哈。
有些人就是这样,转来转去还是:光着屁股拉磨,转着圈丢脸,不幸啊,哈哈哈。
[此贴子已经被作者于2006-11-6 12:18:49编辑过]
小G,请你看清楚N阶定律声明的作用对象-正方体色子阵魔方,最近你好象病的不轻,将猴都看成人了,去看医生吧,不要在这里自取其辱,胡搅乱搅弄臭的只可能你自已,回到你的据点,没人想麻烦你。有时间,ggglgq可以去拜读一下PENGW“ 基于N阶定律的魔方最短步数分析导论”. 也许ggglgq想要的成果都在里面,相信你一定会喜欢,别人都替你完成所有工作了,哈哈哈。
有些人就是这样,转来转去还是:光着屁股拉磨,转着圈丢脸,不幸啊,哈哈哈。
将猴都看成人了
胡搅乱扰弄臭的只可能你自已
有些人就是这样,转来转去还是:光着屁股拉磨,转着圈丢脸,不幸啊,哈哈哈。
嗯,忍氏一族们,说的好,说的太对了!
不知 黑王子 先生您何时上线,很是思念呀。 论坛中好象有很多身怀绝技的
高手多是以“侠客”、“隐士”的身份在论坛中出没呀。
下面引用 黑王子 先生的帖子,感谢 黑王子 先生细心留下的这些珍贵的资料!
二阶魔方最远状态计算机程序运行结果
完成态 1
第01步 9
第02步 54
第03步 321
第04步 1847
第05步 9992
第06步 50136
第07步 227536
第08步 870072
第09步 1887748
第10步 623800
第11步 2644
第12步 0
总 数 3674160
< 详情待续> QQ: 470967421
本人将G老师的程序运行结果整理以便分析比较:
旋转 180° 按一步计算
=========================================
完成态 1
第 1 步 2
第 2 步 5
第 3 步 19
第 4 步 68
第 5 步 271
第 6 步 1148
第 7 步 4915
第 8 步 18364
第 9 步 39707
第10 步 13225
第11 步 77
第12 步 0
=========================================
合 计 77802
旋转 180° 按两步计算
=========================================
完成态 : 1
第 1 步 1
第 2 步 3
第 3 步 6
第 4 步 17
第 5 步 59
第 6 步 217
第 7 步 738
第 8 步 2465
第 9 步 7646
第10 步 19641
第11 步 28475
第12 步 16547
第13 步 1976
第14 步 10
第15 步
=========================================
合 计 77802
请大家对比这个结论,再仔细研究一下。可以证明 “48 态”的极限值为 48 。
大家也可以参考即将出炉的“常见魔方 最远状态 的 最少步数”的数据仔细分析!
GGGLGQ的48同态大错特错了,应该是96同态!!!哈哈哈,如此简单的道理,我想GGGLGQ应该想的明白的,证明从略!哈哈哈!!!二阶这种小儿科那是大师玩的玩意儿,请G大师给出三阶还原状态的几个最远状态,这很简单嘛,哈哈哈,你的贴子在此没人有水平看懂,贴在国外又被删除,是不是他们的水平也太差了?哈哈哈
[此贴子已经被作者于2006-11-6 15:26:52编辑过]
g老师,那“48 同态图解” 里含有许多幅、每幅48个态图案,并且每一幅随点击下面的任一按钮而更新,这样,究竟有多少个态,谁也说不清吧?且慢去查看其中谁谁谁属于同态(人力不可能看清楚的,有点难为人嘛),我先问问这“48 同态图解”中一共有多少个态?是否含有黑王子说的 3674160个态?或者 3674160×48个(同)态?
8个角块是不能与各自的镜像互相重合的,这样,二阶魔方不能和其对称镜像合在一起计算的吧?所以我才怀疑那“48”的。不知我的误区在哪?
我倒觉得最好给出消了同态后的若干个态,限于人力,我只给出了黑王子说的头上(9+54)个态的具体图案(忘了贴在何处,好像是跟帖)。
[此贴子已经被作者于2006-11-6 19:39:27编辑过]
g老师,您用了“对称”一词,我就想到下面的情况:
哈哈哈。。。乌兄还是手下留点情。。。GGGLGQ所说的对称就是本人所说的同构!!如果以这种态度和水平去搞最小步数,真不知道会是什么结果。不过也请大家理解,GGGLGQ一向在概念方面存在问题,只是希望他谦虚一点,不要动不动就以“科学家工作”去堵我们这些小技工的嘴,乌木的反例就连小学生也看的懂,不用科学家代劳。想树立自已的信用,还是多学点基础吧,退一万步,即使中心块可以对称交换,三阶从整全状态而言也根本不存在所谓的镜像对称,,当然更换色片不在此例
[此贴子已经被作者于2006-11-7 11:06:11编辑过]
乌木 先生,这几天比较忙,没顾上浏览论坛,攒了不少问题没有处理,请 乌木 先生
能体谅、理解。
您这几次的问题,可以概括为您最后这一次的问题。最后这一次的问题 是 大多数的
魔友能够体会到的问题,正如您所回答的“‘对称’含有对称的操作,如 对于 0 号位置
的‘对称操作’为 U ~ U',F ~ F',D ~ D',B ~ B',R ~ L' 和 L ~ R'” 等等。
但“对称”也包含“对称的图案”,如 对于 0 号位置 的 “图案的镜像”分别为:
蓝、绿、红、橙 自对应,黄 ~ 白 、白 ~ 黄 。
其他位置的“对称”或“镜像”均含有“对称操作”及“对称图案”(或“图案镜像”),
您可以通过仔细研究 48 态,进一步地理解 48 态 其他位置的这种“对称”或“镜像”。
ggglgq 回复
[此贴子已经被ggglgq于2006-11-13 10:53:17编辑过]
唉,为回避 “搅扰大师”们 不断的无聊“扰动”,我看大家以后还是参考(发贴): 48 态 。
乌老还是省点心吧,好读的文章很多,何必为一些什么也不是的文章劳心费神
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