CUBE.CODES: Buchstabe O: Unterschied zwischen den Versionen

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Das beliebteste Muster ist der Buchstabe O auf allen Seiten - anders ausgedrückt: '''Der Punkt auf allen Seiten'''. Du kannst ihn mit [https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://mint.lentner.net/images/d/d1/MusterO.json&view=historyPlayer CUBE.CODES ganz einfach üben].<p>
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Das beliebteste Muster ist der Buchstabe O auf allen Seiten - anders ausgedrückt: '''Der Punkt auf allen Seiten'''. <br>
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Du kannst ihn mit [https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://mint.lentner.net/images/d/d1/MusterO.json&view=historyPlayer CUBE.CODES ganz einfach üben].<p>
 
'''Eine viel diskutierte Frage im Netz ist bei allen Mustern (so auch hier) immer wieder, welche Farbvarianten dabei möglich sind.'''
 
'''Eine viel diskutierte Frage im Netz ist bei allen Mustern (so auch hier) immer wieder, welche Farbvarianten dabei möglich sind.'''
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Zunächst kann man ja schon die Info hier für mehrere Muster nutzen, denn man kann den Würfel ja anders in die Hand nehmen und den Trick nochmal für neue "Vertauschungen der Mittelpunkte" verwenden. Außerdem kann man den Zug 2x wiederholen. Was passiert beim 3. Mal? Folgende Beobachtungen sind crazy ...
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* Der Zug rotiert drei Nachbarringe um drei Nachbar-Mittelpunkte. Damit ist auch klar, was bei 2x, 3x und 4x ... , nx passiert!
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* Die gegenüberliegenden Nachbarseiten werden ebenfalls mx rotiert mit m=3-n!
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* Völlig abgedreht ist: Nimmt man den Würfel anders in die Hand und zerstört die oben beschriebene Ordnung, kommen wieder die selben Drehungen "um die Raumdiagonale" raus.
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Hm! Sieht so aus, als ob es mit diesem Zug 8 Muster so gibt (4 Raumdiagonalen mal 2 Verdrehungen - die 3. ergibt eine Identität). Wer überblickt das? Gibt es noch andere Züge als den hier dargestellten? ...
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[[Media: rubiksimon.pdf | Veröffentlichung der Diskussion an der Uni Hamburg - alle dreifarbigen Muster]]
 
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==Farbvarianten, wenn man die Lösungen "malen" darf==
 
==Farbvarianten, wenn man die Lösungen "malen" darf==
  
Mit der Forscherklasse 5_21/22 beschäftigten wir uns damit, welche Farbvarianten man mit MS-paint "malen" kann. Unsere ersten Vermutungen (Umfrage mit Antworten aus dem Bauch raus) sind nach etwas basteln: 36 | 37 | 33 | 30 | 50 | 49 | 32 | 60 | 16, ... bin gespannt ;-). Nach einer kleinen MS-paint-Einweisung haben wir eine Form entwickelt, in der wir die Lösungen dokumentieren und die Würfel von allen Ansichten aus nachkontrollieren konnten:
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Mit der Forscherklasse 5_21/22 beschäftigten wir uns zunächst damit, welche Farbvarianten man mit MS-paint "malen" kann - m.a.W. welche '''bunte Kombinationen aus  Punktfarben- und Ringfarben''' es gibt '''(ohne dass einfarbige Flächen entstehen)'''. Unsere ersten Vermutungen (Umfrage mit Antworten aus dem Bauch raus) sind nach etwas basteln: 36 | 37 | 33 | 30 | 50 | 49 | 32 | 60 | 16, ... bin gespannt ;-). Nach einer kleinen MS-paint-Einweisung haben wir eine Form entwickelt, in der wir die Lösungen dokumentieren und die Würfel von allen Ansichten aus nachkontrollieren konnten und da kamen auch schon die ersten Probleme, man musste nämlich nicht nur auf verschiedene Farben der Ringe und Punkte achten ... :
  
 
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Datei: ERROR.png | '''irreguläre Farbvariante:'''<br>Ecke blau-weiß-grün gibt es nicht
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Datei: ERROR.png | '''irreguläre Farbvariante:'''<br>Ecke blau-weiß-grün gibt es nicht. '''Wir müssen also auf erlaubte Nachbarschaften der Ringfarben achten'''.
Datei: farbpaare.png | '''irreguläre Farbvariante:'''<br>Die Mittelpunkte grün-blau sind nicht benachbart
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Datei: farbpaare.png | '''irreguläre Farbvariante:'''<br>Die Mittelpunkte grün-blau sind nicht benachbart. '''Wir müssen also auch auf erlaubte Nachbarschaften der Mittelpunktfarben achten'''.
 
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==Wie viele Farbvarianten gibt es insgesamt?==
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==Welche bunten Ringfarben-Punktfarbenkombinationen gibt es insgesamt?==
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Die Lösung von Elli und Lina wäre ... :<p>
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Wir haben 6 Farben (1=weiß, 2=gelb, 3=grün, 4=blau, 5=rot, 6=orange). Eine Farbvariante (beim folgenden Beispiel Mias erste Lösung) könnte man so darstellen:<br>
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Wir haben 6 Farben (1=weiß, 2=gelb, 3=grün, 4=blau, 5=rot, 6=orange). Die Lösung oben könnten wir einfacher so darstellen:<br>
 
'''123456 (Mittelpunktsfarben)'''<br>
 
'''123456 (Mittelpunktsfarben)'''<br>
'''652134 (Ringfarben)'''
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'''346521 (Ringfarben)'''<p>
  
Die 6 Ringe um die Mittelpunkte werden also vertauscht. Wenn zwei gleiche Zahlen untereinander stehen, entstehen einfarbige Flächen, also dürfen immer nur verschiedene Zahlen untereinander stehen. Merkt man sich die Bedeutung und Reihenfolge der Farben, würde es auch ausreichen nur die zweite Zeile zu notieren:<br>
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Die 6 Ringe um die Mittelpunkte werden also vertauscht. Wenn zwei gleiche Zahlen untereinander stehen, entstehen einfarbige Flächen, also dürfen immer nur verschiedene Zahlen untereinander stehen. Merkt man sich die Bedeutung und Reihenfolge der Farben, würde es auch ausreichen, nur die zweite Zeile zu notieren:<br>
'''Mia: 652134'''
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'''ElliLina: 346521''' <p>
  
Notiert man alle Vertauschungen (Permutationen) von 6 Zahlen (wobei keine Zahlen an ihren originalen Positionen stehen dürfen), hätte man alle Farbvarianten.
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Notiert man alle Vertauschungen ('''Permutationen''') von 6 Zahlen (wobei keine Zahlen an ihren originalen Positionen stehen dürfen - solche Zahlen würde man '''Fixpunkte''' nennen, weil sie eben durch die Vertauschung '''fix''' blieben), hätte man alle Farbvarianten.
'''Ash aus der 9. Klasse hat im Netz die Info gefunden, dass es 265 Farbvarianten gibt!'''
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'''Ash aus der 9. Klasse hat im Netz die Info gefunden, dass es da 265 Farbvarianten gibt!'''
  
 
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Fixpunktfreie_Permutation WIKIPEDIA-Artikel hierzu]
 
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Fixpunktfreie_Permutation WIKIPEDIA-Artikel hierzu]
* Da das Problem sog. fixpunktfreier Permutationen oft auftritt, gibt es dazu spannende mathematische Tricks. Eine nette andere Formulierung wäre: '''6 Ehepaare gehen auf eine Party zum Tanzen. Beim ersten Tanz werden die Partner gelost. Jetzt kann sein, dass Ehepaare zusammen tanzen oder auch mal nur mit neuen Partnern. 265 von 720 möglichen Tanzpaarungen bringen nur neue Partner zusammen.''' Mehr im WIKIPEDIA-Artikel.
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* Da das Problem sog. fixpunktfreier Permutationen oft auftritt, gibt es dazu spannende mathematische Tricks - vor allem für mehr Farben wird's spannend. Eine nette andere Problem-Formulierung wäre: '''6 Ehepaare gehen auf eine Party zum Tanzen. Beim ersten Tanz werden die Partner gelost. Jetzt kann sein, dass Ehepaare zusammen tanzen oder auch mal nur mit neuen Partnern. 265 von 720 möglichen Tanzpaarungen bringen nur neue Partner zusammen.''' Mehr im WIKIPEDIA-Artikel.
* Warum zum Teufel 265?
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* [[Fixpunktfreie Permutationen | Warum zum Teufel 265]]?
* Eine Antwort von Mathematikern findet Ihr im WIKIPEDIA-Artikel :-(
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* '''295 ist aber noch nicht das Ende''': Denn die 265 fixpunktfreien Permutationen notieren ja nur die verschiedenen bunten Wände(-sets) des Würfels, die es gibt. Man kann diese ja auch noch auf verschiedene Arten zusammensetzen (da werden es dann über 7000!). Wie viele denn genau? Spannendes Matheprojekt! ;-)
* Eine Antwort mit Schulmathematik
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* Wie können wir denn nur bei 7000 möglichen Farbkombis die raussuchen, die auch noch zusätzlich richtige Nachbarschaften berücksichtigen? Gibt es noch andere Probleme? '''Welche Farbvarianten kann man denn nun am RUBIK-Würfel wirklich herbeidrehen?''' Phuh!!!!! :-)
* Eine Antwort mit CUBE.CODES
 
* 295 ist aber noch nicht das Ende: Denn die 265 fixpunktfreien Permutationen notieren ja nur die verschiedenen Wände(sets) des Würfels, die es gibt. Man kann diese ja auch noch auf verschiedene Arten zusammensetzen. Spannendes Matheprojekt! ;-)
 
* Aber welche Farbvarianten kann man denn nun am RUBIK-Würfel wirklich verwirklichen?
 
  
==Idee zum systematischen Abzählen==
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==Fixpunktfreie Permutationen==
'''Die folgende Idee stellt sicher, dass nur Würfelchen verwendet werden, die es tatsächlich an einem orginal gefärbten Würfel gibt und dass das feste Achsenkreuz nicht missachtet wurde: '''Der Würfel besteht beim Punktemuster O aus zwei Teilen, die starr sind, also nicht verändert werden können: 1. Das Kreuz der Mittelpunkte, 2. Der Ring der 6 Ringe auf den Seiten, denn die Ecken bestimmen genau, welche Kanten benachbart sein müssen.
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Mit der Klasse 9a (2021/2022) haben wir versucht, alle [[Fixpunktfreie Permutationen | fixpunktfreien Permutationen]] zu finden. Bis n=6 ist es uns gelungen. Aber wie geht es weiter. Schon der Unterschied zwischen n=5 und n=6 war nimmer groß: '''ca 33%'''
  
Die einzige Freiheit ist, den Ring wie einen Mantel abzunehmen, ihn irgendwie zu drehen und wieder anzuziehen ... . Dabei dürfen allerdings kein Ring und Mittelpunkt, die aufeinander zum Liegen kommen, die gleiche Farbe haben!<br> Viel Möglichkeiten gibt's da ja nicht ...
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Nach was riecht das?
  
[[Datei: RubikKreuzundRing.png | tumb | left | 500px]]
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Ein Blick in Wikipedia enttäuscht uns!
  
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Was zum Teufel ist:
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Wie kann man also den rechten Mantel drehen?
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==Idee zum systematischen Abzählen unter Berücksichtigung der gültigen Nachbarschaften==
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'''Die folgende Idee stellt sicher, dass nur Würfelchen verwendet werden, die es tatsächlich an einem orginal gefärbten Würfel gibt und dass das feste Achsenkreuz nicht missachtet wurde: '''Der Würfel besteht beim Punktemuster O aus zwei Teilen, die starr sind, also nicht verändert werden können: 1. Das Kreuz der Mittelpunkte, 2. Der Ring der 6 Ringe auf den Seiten, denn die Ecken bestimmen genau, welche Kanten benachbart sein müssen.
  
[[Datei: Rubikweissoben.png | tumb | right | 400px]] <br style="clear:left; ">
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Die einzige Freiheit ist, den Ring wie einen Mantel abzunehmen, ihn irgendwie zu drehen und wieder anzuziehen ... . Dabei dürfen allerdings kein Ring und Mittelpunkt, die aufeinander zum Liegen kommen, die gleiche Farbe haben!<br> Viel Möglichkeiten gibt's da ja nicht ...
  
[[Datei: Rubikgruenoben.png | tumb | right | 400px]] <br style="clear:left; ">
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===Erst mal den Mantel abnehmen===
  
[[Datei: Rubikrotoben.png | tumb | right | 400px]] <br style="clear:left; ">
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[[Datei: Rubikgelboben.png | tumb | right | 400px]] <br style="clear:left; ">
 
 
1. Weißer Ring oben ...
 
[[Datei: Rubikweissoben.png | tumb | left | 600px]]
 
 
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Keiner der Kombinationen ist eine Lösung, weil weiß immer auf weiß kommt!
 
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Datei: weiß-grün.png | weiß-grün
 
Datei: weiß-rot.png | weiß-rot
 
Datei: weiß-blau.png | weiß-blau
 
Datei: weiß-orange.png | weiß-orange
 
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2. Grüner Ring oben ...
 
[[Datei: Rubikgruenoben.png | tumb | left | 600px]]
 
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Die dritte Möglichkeit ist keine Lösung, weil rot auf rot kommt, der Rest geht!
 
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Datei: grün-weiß.png | grün-weiß
 
Datei: grün-orange.png | grün-orange
 
Datei: grün-gelb.png | grün-gelb
 
Datei: grün-rot.png | grün-rot
 
</gallery>
 
  
3. Roter Ring oben ...
+
===Wie kann man jetzt den Mantel drehen?===
[[Datei: Rubikrotoben.png | tumb | left | 600px]]
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Sechs Möglichkeiten, welche Ringfarbe oben ist + jeweils vier Möglichkeiten, die Mäntel dann noch um die senkrechte Achse zu drehen ... :
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Die zweite Möglichkeit ist keine Lösung, weil grün auf grün kommt, der Rest geht!
 
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Datei: rot-weiß.png | rot-weiß
 
Datei: rot-grün.png | rot-grün
 
Datei: rot-gelb.png | rot-gelb
 
Datei: rot-blau.png | rot-blau
 
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4. Blauer Ring oben ...
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Die erste Möglichkeit ist keine Lösung, weil rot auf rot kommt, der Rest geht!
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16[[Datei: Rubikorangeoben.png | tumb | left | 300px]] <br style="clear:left; ">
Datei: blau-weiß.png | blau-weiß
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20[[Datei: Rubikgelboben.png | tumb | left | 300px]] <br style="clear:left; ">
Datei: blau-rot.png | blau-rot
 
Datei: blau-gelb.png | blau-gelb
 
Datei: blau-orange.png | blau-orange
 
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5. Oranger Ring oben ...
+
===Und welche Punktemuster kommen jetzt raus, wenn man den Mantel wieder anzieht?===
[[Datei: Rubikorangeoben.png | tumb | left | 600px]]
 
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Die vierte Möglichkeit ist keine Lösung, weil grün auf grün kommt, der Rest geht!
 
 
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Datei: orange-weiß.png | orange-weiß
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Datei: weiß-grün.png | weiß oben<br>grün vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">alles einfarbig</span>
Datei: orange-blau.png | orange-blau
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Datei: weiß-rot.png | weiß oben<br>rot vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">weiß einfarbig</span>
Datei: orange-gelb.png | orange-gelb
+
Datei: weiß-blau.png | weiß oben<br>blau vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">weiß einfarbig</span>
Datei: orange-grün.png | orange-grün
+
Datei: weiß-orange.png | weiß oben<br>orange vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">weiß einfarbig</span>
</gallery>
+
</gallery><gallery>
  
6. Gelber Ring oben ...
+
Datei: grün-weiß.png | grün oben<br>weiß vorne<br><span style="color: red;">aus Orbit 100</span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/33c1f993-12f2-4691-adcc-3e61f0fd3ba8 Test mit CUBE.CODES]
[[Datei: Rubikgelboben.png | tumb | left | 600px]]
+
Datei: grün-orange.png | grün oben<br>orange vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>1. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/d9f91aa5-a5dd-4b7f-ab5f-d5b889418d8f Beleg mit CUBE.CODES]
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+
Datei: grün-gelb.png | grün oben<br>gelb vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">rot einfarbig</span>
Bei Möglichkeit eins kommen blau auf blau und grün auf grün.<br>
+
Datei: grün-rot.png | grün oben<br>rot vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>2. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/1f125481-605d-489d-a160-190b796640d1 Beleg mit CUBE.CODES]
Bei Möglichkeit drei kommen rot auf rot und orange auf orange. Beide sind keine Lösung, der Rest geht!
+
</gallery><gallery>
<gallery>
+
Datei: rot-weiß.png | rot oben<br>weiß vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>3. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/a643da7c-cadb-4a16-8f1c-b4f5e6148111 Beleg mit CUBE.CODES]
Datei: gelb-grün.png | gelb-grün
+
Datei: rot-grün.png | rot oben<br>grün vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">grün einfarbig</span>
Datei: gelb-orange.png | gelb-orange
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Datei: rot-gelb.png | rot oben<br>gelb vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>4. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/db7ed369-7122-4326-af7b-dc1e7aa2556e Beleg mit CUBE.CODES]
Datei: gelb-blau.png | gelb-blau
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Datei: rot-blau.png | rot oben<br>blau vorne<br><span style="color: red;">ungeklärt<br>Test mit CUBE.CODES</span>
Datei: gelb-rot.png | gelb-rot
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Datei: blau-weiß.png | blau oben<br>weiß vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">rot einfarbig</span>
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Datei: blau-rot.png | blau oben<br>rot vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>5. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/2534e4ce-c087-4f60-bb24-283e775215b8 Beleg mit CUBE.CODES]
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Datei: blau-gelb.png | blau oben<br>gelb vorne<br><span style="color: red;">ungeklärt<br>Test mit CUBE.CODES</span>
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Datei: blau-orange.png | blau oben<br>orange vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>6. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/4c8d4e82-2d6f-45df-bd2f-2e2b274962dd Beleg mit CUBE.CODES]
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Datei: orange-weiß.png | orange oben<br>weiß vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>7. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/3af34b2c-4065-407f-ac7f-1ecfc787a41d Beleg mit CUBE.CODES]
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Datei: orange-blau.png | orange oben<br>blau vorne<br><span style="color: red;">ungeklärt<br>Test mit CUBE.CODES</span>
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Datei: orange-gelb.png | orange oben<br>gelb vorne<br><span style="color: green; text-decoration: underline;"><b>8. Lösung</b></span><br>[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/cc63be79-6ee5-4eb3-a210-31f20e05af5d Beleg mit CUBE.CODES]
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Datei: orange-grün.png | orange oben<br>grün vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">grün einfarbig</span>
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Datei: gelb-grün.png | gelb oben<br>grün vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">grün einfarbig</span>
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Datei: gelb-orange.png | gelb oben<br>orange vorne<br><span style="color: red;">ungeklärt<br>Test mit CUBE.CODES</span>
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Datei: gelb-blau.png | gelb oben<br>blau vorne<br><span style="color: red; text-decoration: line-through;">rot einfarbig</span>
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Datei: gelb-rot.png | gelb oben<br>rot vorne<br><span style="color: red;">ungeklärt<br>Test mit CUBE.CODES</span>
 
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... '''ergibt 14 Lösungen!'''<br>
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... '''ergibt 8 Lösungen! + 6 ungeklärte Bilder'''<br>
(... die entstehen, wenn man den Ring orginaler Würfelchen abzieht und irgendwie verdreht wieder so aufsetzt, dass nur zweifarbige Flächen entstehen)
 
 
 
[[Datei: Ringmuster.png | tumb | left | 600px]]
 
[[Datei: RingmusterTest.png | tumb | left | 600px]]
 
 
 
[https://ide.cube.codes/?init=loadFromUrl&url=https://share-repository.cube.codes/v1/appStates/52317ed8-4c16-4ead-96d8-ddcb9670e953 CUBE.CODES]
 

Aktuelle Version vom 21. November 2023, 18:57 Uhr

Standardbeispiel

Das beliebteste Muster ist der Buchstabe O auf allen Seiten - anders ausgedrückt: Der Punkt auf allen Seiten.

Du kannst ihn mit CUBE.CODES ganz einfach üben.

Eine viel diskutierte Frage im Netz ist bei allen Mustern (so auch hier) immer wieder, welche Farbvarianten dabei möglich sind. Zunächst kann man ja schon die Info hier für mehrere Muster nutzen, denn man kann den Würfel ja anders in die Hand nehmen und den Trick nochmal für neue "Vertauschungen der Mittelpunkte" verwenden. Außerdem kann man den Zug 2x wiederholen. Was passiert beim 3. Mal? Folgende Beobachtungen sind crazy ...

  • Der Zug rotiert drei Nachbarringe um drei Nachbar-Mittelpunkte. Damit ist auch klar, was bei 2x, 3x und 4x ... , nx passiert!
  • Die gegenüberliegenden Nachbarseiten werden ebenfalls mx rotiert mit m=3-n!
  • Völlig abgedreht ist: Nimmt man den Würfel anders in die Hand und zerstört die oben beschriebene Ordnung, kommen wieder die selben Drehungen "um die Raumdiagonale" raus.

Hm! Sieht so aus, als ob es mit diesem Zug 8 Muster so gibt (4 Raumdiagonalen mal 2 Verdrehungen - die 3. ergibt eine Identität). Wer überblickt das? Gibt es noch andere Züge als den hier dargestellten? ... Veröffentlichung der Diskussion an der Uni Hamburg - alle dreifarbigen Muster

Farbvarianten, wenn man die Lösungen "malen" darf

Mit der Forscherklasse 5_21/22 beschäftigten wir uns zunächst damit, welche Farbvarianten man mit MS-paint "malen" kann - m.a.W. welche bunte Kombinationen aus Punktfarben- und Ringfarben es gibt (ohne dass einfarbige Flächen entstehen). Unsere ersten Vermutungen (Umfrage mit Antworten aus dem Bauch raus) sind nach etwas basteln: 36 | 37 | 33 | 30 | 50 | 49 | 32 | 60 | 16, ... bin gespannt ;-). Nach einer kleinen MS-paint-Einweisung haben wir eine Form entwickelt, in der wir die Lösungen dokumentieren und die Würfel von allen Ansichten aus nachkontrollieren konnten und da kamen auch schon die ersten Probleme, man musste nämlich nicht nur auf verschiedene Farben der Ringe und Punkte achten ... :

Als immer mehr irreguläre "Gemälde" auftauchten (sie wären auch am Würfel möglich, wenn man die Sticker abziehen und umkleben würde), ließen wir Farbvarianten nur noch dann gelten, wenn man sie am Orginal-RUBIK-Würfel herzeigen konnte. Nach einigen Stunden wuchs dann die folgende Galerie, von der wir aber nicht wussten, ob sie vollständig ist:

Welche bunten Ringfarben-Punktfarbenkombinationen gibt es insgesamt?

Die Lösung von Elli und Lina wäre ... :

Kombi1.png

Wir haben 6 Farben (1=weiß, 2=gelb, 3=grün, 4=blau, 5=rot, 6=orange). Die Lösung oben könnten wir einfacher so darstellen:
123456 (Mittelpunktsfarben)
346521 (Ringfarben)

Die 6 Ringe um die Mittelpunkte werden also vertauscht. Wenn zwei gleiche Zahlen untereinander stehen, entstehen einfarbige Flächen, also dürfen immer nur verschiedene Zahlen untereinander stehen. Merkt man sich die Bedeutung und Reihenfolge der Farben, würde es auch ausreichen, nur die zweite Zeile zu notieren:
ElliLina: 346521

Notiert man alle Vertauschungen (Permutationen) von 6 Zahlen (wobei keine Zahlen an ihren originalen Positionen stehen dürfen - solche Zahlen würde man Fixpunkte nennen, weil sie eben durch die Vertauschung fix blieben), hätte man alle Farbvarianten. Ash aus der 9. Klasse hat im Netz die Info gefunden, dass es da 265 Farbvarianten gibt!

  • WIKIPEDIA-Artikel hierzu
  • Da das Problem sog. fixpunktfreier Permutationen oft auftritt, gibt es dazu spannende mathematische Tricks - vor allem für mehr Farben wird's spannend. Eine nette andere Problem-Formulierung wäre: 6 Ehepaare gehen auf eine Party zum Tanzen. Beim ersten Tanz werden die Partner gelost. Jetzt kann sein, dass Ehepaare zusammen tanzen oder auch mal nur mit neuen Partnern. 265 von 720 möglichen Tanzpaarungen bringen nur neue Partner zusammen. Mehr im WIKIPEDIA-Artikel.
  • Warum zum Teufel 265?
  • 295 ist aber noch nicht das Ende: Denn die 265 fixpunktfreien Permutationen notieren ja nur die verschiedenen bunten Wände(-sets) des Würfels, die es gibt. Man kann diese ja auch noch auf verschiedene Arten zusammensetzen (da werden es dann über 7000!). Wie viele denn genau? Spannendes Matheprojekt! ;-)
  • Wie können wir denn nur bei 7000 möglichen Farbkombis die raussuchen, die auch noch zusätzlich richtige Nachbarschaften berücksichtigen? Gibt es noch andere Probleme? Welche Farbvarianten kann man denn nun am RUBIK-Würfel wirklich herbeidrehen? Phuh!!!!! :-)

Fixpunktfreie Permutationen

Mit der Klasse 9a (2021/2022) haben wir versucht, alle fixpunktfreien Permutationen zu finden. Bis n=6 ist es uns gelungen. Aber wie geht es weiter. Schon der Unterschied zwischen n=5 und n=6 war nimmer groß: ca 33%

Nach was riecht das?

Ein Blick in Wikipedia enttäuscht uns!

Was zum Teufel ist: 1durche.png

Idee zum systematischen Abzählen unter Berücksichtigung der gültigen Nachbarschaften

Die folgende Idee stellt sicher, dass nur Würfelchen verwendet werden, die es tatsächlich an einem orginal gefärbten Würfel gibt und dass das feste Achsenkreuz nicht missachtet wurde: Der Würfel besteht beim Punktemuster O aus zwei Teilen, die starr sind, also nicht verändert werden können: 1. Das Kreuz der Mittelpunkte, 2. Der Ring der 6 Ringe auf den Seiten, denn die Ecken bestimmen genau, welche Kanten benachbart sein müssen.

Die einzige Freiheit ist, den Ring wie einen Mantel abzunehmen, ihn irgendwie zu drehen und wieder anzuziehen ... . Dabei dürfen allerdings kein Ring und Mittelpunkt, die aufeinander zum Liegen kommen, die gleiche Farbe haben!
Viel Möglichkeiten gibt's da ja nicht ...

Erst mal den Mantel abnehmen

tumb


Wie kann man jetzt den Mantel drehen?

Sechs Möglichkeiten, welche Ringfarbe oben ist + jeweils vier Möglichkeiten, die Mäntel dann noch um die senkrechte Achse zu drehen ... :

0

tumb


4

tumb


8

tumb


12

tumb


16

tumb


20

tumb


Und welche Punktemuster kommen jetzt raus, wenn man den Mantel wieder anzieht?

... ergibt 8 Lösungen! + 6 ungeklärte Bilder