2x2x3方塊探討

此魔方外觀很可愛,讓人愛不釋手。由日本的Gentosha設計。


  1. 幾種變化
  2. 解法
  3. 公式原理

幾種變化

固定中間層的其中一塊,此時其它三塊位置可以任意換共有3!= 6種,而方向跟位置的奇偶有關,因此方向可以不計算。

而剩下的八個角塊也是可以任意換位置,所以有8!= 40320種。

總共有 3!*8! = 241,920 種變化。

用電腦窮舉的話,所有的情況皆可在14步內完成(Face Turn Metric)。

 

解法

這個是等一下會用到的代號:

 

第一步 上下面調好

上下面都解先把顏色對好,如:

大家可以先試試看,這個不難,有時不小心就可以轉好了。

若有困難的話,可以試試下面這個公式:可以將上下層的一個交換。

  圖示 公式
CP1 15121

第二步 一三層調好

環示第一層的四個側面,是否都好了,若不是,則找顏色相同的放左面(如下圖即為藍色面相同),並轉下面的公式:

  圖示 公式
CP2 15121-32353

註:若找不到相同的面就直接轉一次此公式,即會出現一面相同的。

一、三層都做完後,您的方塊應該會變成如下:

 

第三步 中間層調好

中間層的話,一般會分四五種情況來解,我將其歸納成下面的情況:

  圖示  
EP

122122122

也就是右面上面各轉180度,共三次。

註:左邊的兩面皆正確的小塊放前後皆可,但右邊要注意是該兩面是錯誤的才行。

 

相信您的2x2x3魔方已經完成了。

 

公式原理

一般教學網頁比較不會講解公式的原理,因為有時不好用文字描述,而且講了也很難讓人聽的懂!但因為2x2x3魔方並不複雜,所以我把演講的內容寫下來,讓有興趣的網友,或是有聽過我演講的人參考。

主要先找出一個簡單的生成子(Generator),利用它來完成所有的事。再此先再貼一次代號,這樣比較好描述。

通常找的生成子,都會找比較短,然後不要動到太多小塊的,這次我們找「1542」來當生成子。

這種生成子很自然,為什麼呢?若只有找「1」這麼短的話,「1」的相反是「4」,這樣「14」就等於沒轉到。

所以大部分會找相鄰兩面交互運作來當生成子,數學上稱為「commutator」,俗稱「上上下下」。

 

我們可以在紙上標上每個小塊被「1542」作用後,會怎麼移動,後來發現加一個「1」的動作的話,會有下面的結果:

因此我們就用它來當我們的第一步,把頂面、底面調好。因為「4」與「1」的動作一樣,所以就變成了「15121」了。

 

第二步的公式,是利用左右手各做一次,讓上下換的動作抵消來達成頂面三循環,如下圖示:

 

第三步的公式,先做一次「122」,觀查到會有下面的交換結果。

而把「122」連做三次,利用週期的不同,該三循環就會回到原位,而中間層做三次,等於交換一次,變成下面的情況:

而數學上有證明,若可以做到相鄰兩個交換(transposition)的話,就可以產生所有排列,所以就可以完成所有情況了。

 

以上就是本公式的原理,當然,若讀者親自操作幾次,很容易就會發現很多更快一點的轉法,也就可以越轉越快了。