日経サイエンス

日経サイエンスは米国の科学雑誌「SCIENTIFIC AMERICAN」の日本版です。

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群論パズルに挑戦!

日経サイエンス2008年10月号

2008年10月号「ルービックキューブを超えて 群論パズルを楽しむ」で著者たちが紹介している3つの新作パズルのうち,M12 パズルとM24 パズルはインターネット上で,ドットパズルはパソコンにダウンロードしてから遊ぶことができる。3つの新作パズルはScientific Americanのウェブサイトにまとめられているが,ここでは,その説明文を翻訳して紹介する。

M12 パズル

散在型単純群M12 を表すマシューパズル(M12 )をインターネット上で遊べるよう開発した。1から12までの数字がばらばらになった状態から始まる。2種類の操作を組み合わせて,ばらばらになった数字を元の昇順に戻すことがこのパズルのゴールだ。操作は逆順(INVERTボタン)と綾織り(MERGEボタン)の2つだけ。

M24 パズル

第2のマシューパズル(M24 )は散在型単純群M24を表している。元の状態は1から23までの数字が時計のように環状に並んでおり,0が12時の位置に,環のちょっと外側に配置されている。M12と同様,ばらばらの状態から整列した元の状態に戻すことがこのパズルの目的だ。M24 パズルでも操作は2種類だけ。1つ目の操作は,環をひと刻みずつ時計回りに回転させ,1の位置にある数字を2の位置に,2の位置にある数字を3の位置に動かすもの(カーソルを数字に当て,右回りに動かす)。23の位置にある数字は1の位置に動かされるが,この操作では環の外の数字は動かない。もう1つの操作は,環上で同じ色のマスにある数字を入れ替えるものだ(SWITCHボタン)。

ドットパズル

最後のパズル,ドット(Dotto)はプリンストン大学の数学者コンウェイ(John H. Conway)が1968年に発表したコンウェイ群Co0を表している。Co0は散在型単純群Co1を含んでおり,その要素数はCo1のちょうど2倍。コンウェイは控えめな人だったので,コンウェイ群をCo0とはせず,“.0”(ドットと読む)と書き表した。

ドットパズルでの操作は4種ある。このパズルはM24 パズルを含んでいる。画面の下にある黄色と青色のマスを見てみよう。実はこれがM24 なのだが,数字は環状ではなく一列に並んでいる。操作RがM24 の“右回りに回す”にあたる。数字0の上の列はそのまま動かず,数字1の上の列は数字2の上の列へと移動して,数字23の上の列まで続き,23の上の列は1の上の列へ移動する。これはまた,黄色と青色のマスのある行の列番号をクリックして,それから別の列番号をクリックすることでも,第1列目を第2列目へ動かすという“回転”を行うことができる。

操作Mは“交換する”という意味で,縦線で分けられた4列の各グループ(4つ組)において,“黄”の列と“青”の列を入れ替える。符号変換の操作Sは,最初の8列(左から2つ目までの4つ組)の符号を変えるものだ。4つ組の操作Tは最も複雑だ。各行において,その4つ組の数の和の1/2をそれぞれの4つ組の要素から引いて,その後,最初の4つ組の列の符号をすべて反対にする。

<以下はドットパズルのヒント>
戦略のヒント  各行の数字を2乗し,足し合わせた和が変わらない点に注目しよう。2乗の和は1行目だけ64で,それ以降の行では32になっている。もし最初の行で8を得ることができれば,符号を除けば,ゲームはほとんどM24を解くのと変わらない。初期配置(右図)にするには,対角線上のすべての数の符号は+でなければならない。
符号のヒント  もし対角線上の符号だけが合わないのであれば,しかもたった8つの符号だけが合わないのであれば,M24 の操作(M,R)だけを使って,その8列を最初の8列へ動かせる。

(ご注意:ZIPP形式で圧縮したファイルをダウンロードします。Windowsパソコンのみに対応していますが,お使いのOSやブラウザのバージョンによっては,うまく動作しないことがあります。詳しくは,こちらのフォームからSCIENTIFIC AMERICANに英語でお問い合せください。

This puzzle project originated in an NSF "Research experience for undergraduates" project at The University of Michigan.

 
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