Tag Archive for 'Rätsel'

Rätsel: Kopfrechnen

Im “PatzBlatt”, der Zeitschrift der Einzelmeisterschaften der Schachjugend NRW, fand sich letzte Woche folgendes Rätsel.

Man kombiniere die Zahlen 1, 5, 6 und 7 in beliebieger Reihenfolge mit den Grundrechenarten um als Ergebnis 21 zu erhalten. Klammern setzen ist natürlich erlaubt. Wie geht das?

Die theoretisch durchaus interessante Lösung habe ich mit Hilfe eines Python-Skripts gefunden. Nach einigem “Kopfrechnen” und logischen Schlüssen darauf zu stoßen ist aber mit Sicherheit eleganter und wertvoller. Wenngleich das nicht ganz einfach ist möchte ich euch diese Knobelei nicht vorenthalten.

Viel Spaß beim Kopfzerbrechen!

Das Königsberger Brückenproblem

Rücken Sie Ihre Sitzgelegenheit zurecht, machen Sie es sich bequem, seien Sie bereit für eine virtuelle Zeitreise; wir begeben uns zurück ins 18. Jahrhundert.

Wir befinden uns jetzt im damaligen Königsberg (heute Kaliningrad). Nach einem gemütlichen Spaziergang durch die Stadt kommen wir schließlich an den Pregel. Wir überqueren eine der sieben Brücken und stehen inmitten der sogenannten Kneiphof-Insel.

Ein älterer Mann kommt auf uns zu und bietet eine Wette: “Schaffen Sie es, jede der sieben Brücken genau einmal zu passieren und am Ende wieder hier an ihrem Ausgangspunkt zu landen? Ich biete einen Reichstaler.” (Anm.: Kaufkraft im 18.Jh etwa 15€)

Lageskizze der Königsberger Brücken

Lageskizze der Königsberger Brücken

Sollten Sie diese Wette annehmen?

Natürlich nicht! Es ist unmöglich, einen solchen Weg zu finden. Doch warum? Und wie lässt sich das beweisen? (Diese beiden Fragen hängen oft eng miteinander zusammen.)

Setzen wir zur Auflösug unseren Stadtrundgang fort. Wir kommen zu einem kleinen Haus, irgendwo in Königsberg. Es ist das Haus Leonhard Eulers, einer der größten Mathematiker der Geschichte. Euler war es, der unsere Fragen im Jahre 1736 beantworten konnte.

Dazu tat er etwas für die Mathematik seiner Zeit noch recht ungewöhnliches: Er ließ die genauen Details des Brückenplans weg und untersuchte nur ihre Struktur, die Beziehung der Wege untereinander. Die genauen Maße der Wege waren uninteressant.

So wandelte Euler das praktische Problem um in eines der Graphentheorie, dessen Anfang heute bei diesen Entdeckungen Eulers gesehen wird. Er verwandte neue Begriffe, die “Knoten” und die “Kanten”, die zusammen einen Graphen bilden.

Graph der Königsberger Brücken

Die Knoten sind dabei die vier zu erreichenden Teile der Stadt; die Kanten als Verbindungen zwischen den Knoten stellen unsere Brücken dar.

Gesucht ist nun ein Weg, der bei demselben Knoten beginnt und endet und dabei jede Kante genau einmal benutzt.

Wir sehen schnell, dass an jedem der Knoten eine ungerade Anzahl von Kanten liegt (man spricht von einem ungeraden Grad der Knoten). Ein Knoten, der zugleich Start- und Endknoten unserer Reise ist, müsste allerdings einen geraden Grad besitzen, ansonsten muss mindestens eine Brücke zweimal überquert werden. Das ist uns jedoch nicht erlaubt, wir können also keinen solchen Weg finden.

(Für eine sehr gut gestaltete nähere Erläuterung des Themas siehe http://www.matheprisma.uni-wuppertal.de/Module/Koenigsb/)

Primzahlen mit über 10 Millionen Dezimalstellen

Soeben las ich in Günter Zieglers Blog, dass vor kurzem vom GIMPS-Projekt zwei Primzahlen mit jeweils weit über 10 Millionen Dezimalstellen gefunden worden sind.

Der technische Fortschritt macht selbst bei solchen Riesen nicht halt, und trotzdem gibt es noch immer keine Möglichkeit, Primzahlen in irgendeiner Weise exakt berechnen zu können. Durch (kluges) Ausprobieren finden wir neue, immer größere Primzahlen, doch irgendeine Regel oder Ordnung lässt sich nicht erkennen.

Scheinbar zufällig liegen diese Grundbausteine der Arithmetik chaotisch verteilt in der unendlichen Menge der  Zahlen. Seit über 2000 Jahren kennen wir sie, seit über 2000 Jahren sind sie eines der größten Rätsel, seit über 2000 Jahren sträuben sie sich gegen jeden Versuch einer exakten Darstellung.

Faszinierend!

(Inspiriert auch von “Die Musik der Primzahlen” (oder als Taschenbuch) von Marcus du Sautoy)

Paradoxes Fahrrad-Rätsel

Fahrrad

Stellen Sie sich vor, Sie nehmen an einem Fahrrad-Rennen teil. Die Strecke besteht aus zwei Runden irrelevanter Länge, eine davon haben Sie bereits absolviert. Bisher beträgt Ihre Durchschnittsgeschwindigkeit 20 km/h, Sie hatten sich aber vorgenommen, nach dem gesamten Rennen mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 40km/h ins Ziel zu gelangen.

Wie schnell müssen Sie also nun in der zweiten Runde fahren, um diese Wunsch-Gesamtgeschwindigkeit zu erreichen?

Plausibel erscheinen zunächst 60km/h.

Doch ganz so einfach ist es natürlich nicht. In Wahrheit können Sie das Rennen gar nicht mehr mit der gewünschten Durchschnittsgeschwindigkeit von 40km/h beenden! Egal, wie kräftig Sie in die Pedale treten, eine Gesamt-Durchschnittsgeschwindigkeit von 40km/h zu erreichen ist unmöglich!

Warum? Nunja, für die erste Hälfte der Strecke benötigten Sie 20km/h. Wenn wir die Streckenlänge mit s bezeichnen gilt also für die benötigte Zeit t = \frac{1}{2}s : 20 \text{km/h} = \frac{1}{40}\text{km/h} \cdot s. Um das Ziel mit einer Geschwindigkeit von 40km/h zu erreichen, müssten Sie für die beiden Runden zusammen jedoch ebenfalls t = s : 40\text{km/h} = \frac{1}{40}\text{km/h} \cdot s benötigen; die zweite Runde müssten Sie also in 0 Sekunden absolvieren, was nicht nur praktisch unmöglich ist!

Genau so verhält es sich natürlich, wenn Sie bereits 99 von 100 Runden mit einer Geschwindigkeit von 99km/h gefahren sind und 100km/h erreichen möchten.