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Anordnung von n Türmen auf nxn Schachbrett

Universität / Fachhochschule

Tags: Kombinatorik, Schach, Schachbrett, Türme

 
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hanswurst2

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15:17 Uhr, 17.02.2021

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Hallo,

die Aufgabe ist die folgende:

Es sollen n-Türme auf einem nxn Schachbrett so angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig nicht bedrohen.

Ich will das mal am Beispiel dastellen:

Für ein 3x3 Schachbrett (n=3)...

Für die Positionierung des ersten Turms haben ich ja 9 Möglichkeiten. Dem zweiten Turm bleiben nun ja nur noch 4 Möglichkeiten. Und für die Positionierung des dritten Turms bleibt ja nur noch 1 Feld übrig.

Ergibt also 941=36 Möglichkeiten.

Ich hab mir das mal angeschaut und versucht aufzuzeichnen. Etliche der Möglichkeiten fallen weg. Es sollten, wenn ich mich nicht irre, nur 6 voneinander unterscheidbare Aufstellungen der Türme übrig bleiben (wenn ich nicht zwischen Turm1, Turm2 und Turm3 unterscheide).

Beispiel (T...Turm, X Kein Turm)

Positionierung des ersten Turms

TXX
XXX
XXX

Positionierung des zweiten Turms

TXX
XTX
XXX


Positionierung des dritten Turms

TXX
XTX
XXT

Auf diese Lösung komme ich auch, wenn ich Turm 1,2 und 3 wie folgt positioniere

TXX
XXX
XXX

TXX
XXX
XXT



TXX
XTX
XXT


Also wäre die Lösung ja n! bzw. 3!=321=6

Wie komme ich auf n!???
D.h. wie entferne ich die "symmetrischen" Lösungen aus den 36 Möglichkeiten?



Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
Online-Nachhilfe in Mathematik
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HAL9000

HAL9000

16:04 Uhr, 17.02.2021

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In jeder Spalte steht jeweils genau ein Turm. Sei zk die Zeile, in der der Turm der Spalte k steht. Dann wird eine solche Turmkonfiguration eineindeutig beschrieben durch das n-Tupel (z1,,zn).

Da nun aber auch die zn paarweise verschieden sein müssen, kann (z1,,zn) nur eine Permutation von (1,,n) sein. Die Anzahl solcher Permutationen ist bekanntlich n!.

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Roman-22

Roman-22

16:20 Uhr, 17.02.2021

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Du kannst ja auch deinen Ansatz weiter verfolgen.
Wenn man die Türme als unterscheidbar ansieht, dann hast du für n=3 die Anzahl 941=36 erhalten. Allgemein sind das n2(n-1)2...1=(n!)2 Möglichkeiten.
Da die Türme aber als nicht unterscheidbar angesehen werden sollen, muss man nun noch durch die Anzahl der Permutationen der n Türme (n!) dividieren (n!)2n!=n!

>D.h. wie entferne ich die "symmetrischen" Lösungen aus den 36 Möglichkeiten?
Lösungen, die durch Spiegelung oder Drehung ineinander übergehen sind da aber noch nicht weg gerechnet! Aber das hast du vermutlich mit "symmetrischen Lösungen" ohnedies nicht gemeint, oder?



hanswurst2

hanswurst2 aktiv_icon

16:25 Uhr, 17.02.2021

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Nee, hatte nur gelesen das es bei n Türmen auf nem nxn Brett n! Möglichkeiten gibt und mir war nicht klar, wie man darauf kommt.

"Lösungen, die durch Spiegelung oder Drehung ineinander übergehen sind da aber nicht nicht weg gerechnet!"

Hmm, bei 3 Türmen auf 9 Feldern gibt es ja 321=6 Möglichkeiten. Könnte man da noch Lösungen (die durch Spiegelung oder Drehung ineinander übergehen) rausrechnen?


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HAL9000

HAL9000

17:05 Uhr, 17.02.2021

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Ja klar: Allein durch Drehungen reduziert sich das ganze bei n=3 dann nur noch auf zwei Varianten (die Spiegelung kann das dann auch nicht weiter reduzieren):

xoo
oxo
oox

oxo
xoo
oox

Bei allgemeinem n ist die reduzierte Anzahl allerdings schon sauschwer zu berechnen, vermutlich hilft dabei das

de.wikipedia.org/wiki/Lemma_von_Burnside

aber es riecht dennoch nach ziemlich viel Überlegungsarbeit, die bei der konkreten Anwendung da noch zu investieren ist.
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