Божье число: занимательная математика внутри игрушки
В этом году у самой популярной и самой продаваемой игрушки в мире юбилей. Изобретение венгерского архитектора появилось на прилавках магазинов игрушек в далеком 1980 году и с тех пор будоражит умы от мала до велика, от домохозяек до профессоров. Кубик Эрне Рубика собирают на скорость люди и роботы, суперкомпьютеры ищут самый быстрый способ сборки, а математики пытаются разгадать все секреты скрытые внутри с виду простой игрушки. Все потому, что хоть внутренние части кубика сделаны из пластика, его настоящие кишки - самые настоящие числа.
Общее количество комбинаций классического кубика Рубика 3х3х3 - 43 252 003 274 489 856 000. Если выражаться по-научному, грамотно с точки зрения математики, это число (3⁸8!)(2¹²12!)/12. Вам же все понятно? Вот и мы не сразу сообразили, откуда все эти числа. Давайте разбираться. Первое число из этой формулы - 3⁸. Это количество поворотов каждого из восьми угловых элементов кубика. Всего их восемь, а способов поворота - три. Далее, вертим угловые элементы уже не относительно своего положения, а перемещаем по кубику Рубика. Всего у нас восемь вариантов положений для этих элементов. У первого углового элемента есть восемь вариантов, куда он может встать. У второго осталось семь положений на выбор, у следующего - шесть, и так далее, до последнего, который должен попасть в последний угловой слот. Получается 8 * 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1, что по-научному выглядит так - 8! (восемь факториалов).
Идем дальше. Теперь пришло время дюжины граней. Они имеют только две плоскости, поэтому в общей сложности у них 2¹² вариантов положений. Для них есть 12 мест, куда они могут встать, так что 12! это количество способов, которыми они могут распределиться по местам.