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幾何/多米諾骨牌

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多米諾骨牌 是由一個或多個相等的 正方形 邊到邊地連線而成的平面幾何圖形。

多米諾骨牌

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多米諾骨牌

多米諾骨牌是由連線在一起的單位正方形形成的形狀,它們共享一條完整的邊。多米諾骨牌這個詞是根據多米諾骨牌這個詞而來的。只有一種可能的多米諾骨牌。

三米諾骨牌

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由三個正方形組成的多米諾骨牌稱為三米諾骨牌。只有兩種可能的三米諾骨牌。

四米諾骨牌

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由四個正方形組成的多米諾骨牌稱為四米諾骨牌。有五種可能的組合和兩種反射。

五米諾骨牌

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由五個正方形組成的多米諾骨牌稱為五米諾骨牌。不包括映象和旋轉,有十二種可能的五米諾骨牌。

進一步分類

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多米諾骨牌也可以透過將一條線分成 2 個部分來進行分類,這些線經過多米諾骨牌的質心,並評估穿過該質心的該線的正交線與也穿過該質心並穿過該部分質心的線的夾角。任何點集都可以透過這種半質心偏差角 HCDA 進行分類,例如,圓形始終以 HCDA = 0° 為特徵。

這就是非線性(即非線形)三米諾骨牌的三個正方形的質心 S1、S2 和 S3 以及其整體多米諾骨牌質心 C 的排列方式。

S1     S2
   C 

S3

如果我們想對整個多米諾骨牌進行分類,所有出現的 HCDA 都應該被考慮在內。從(穿過 C 且)首先也穿過 S1 的分割線 DL 開始,然後順時針轉動,出現一個只有 S2 組成的半質心 HC。這個階段從 HCDA = arctan ½ – arctan 1 = – arctan ⅓ 開始,到 HCDA = 2 arctan ½ = arctan (4/3) 結束,此時 DL 與 S3 相交。符號取決於正交線相對於 HC 的放置位置。在下一階段,HC 由 S2 和 S3 形成... 因此,多米諾骨牌的所有“Σ tan HCDA”(所有“tan(結束 HCDA)– tan(開始 HCDA)”的總和)從 0 到 2 pi(從 0° 到 360°) 是一個關於偏離圓形程度的有理數。在這個三米諾骨牌中,有 6 個階段。

  1. (DL 穿過)S1 → S3,HC: S2,部分 Σ tan HCDA = 4/3 + 1/3 = 5/3
  2. S3 → S2,HC 來自 S2 和 S3,部分 Σ tan HCDA = 2/3
  3. S2 → S1,HC: S3,部分 Σ tan HCDA = 5/3
  4. S1 → S3,HC 來自 S1 和 S3,部分 Σ tan HCDA = 4/3 + 1/3 = 5/3
  5. S3 → S2,HC: S1,部分 Σ tan HCDA = 2/3
  6. S2 → S1,HC 來自 S1 和 S2,部分 Σ tan HCDA = 5/3

所有這些部分 Σ tan HCDA 的總和為 8。在以下非線性多米諾骨牌的值表中(線上性多米諾骨牌中,tan 90° = ∞ 在正交線和 HC 之間達到),多米諾骨牌以線性形式描述,該形式假設前兩個正方形並透過“1”線性地指定進一步的正方形,如果這個位置以前沒有被“o”以螺旋形式(與 Ulam 螺旋類似)更改到另一個可能的位置,則該位置位於旁邊已經放置的正方形,並且沒有被之前的“o”排除。

  • 對角線對稱:\, /
  • 到規範線水平對稱:—, 垂直:|, 水平和垂直:+
  • 旋轉對稱:•,如果旋轉也透過 90° 會產生相同的:••

在接下來的幾列中,給出了 Σ tan HCDA 和 tan(最大絕對偏差角)的連分數展開式,連分數項沒有用逗號分隔,而是由小數位數 – 1個撇號字首到項前。

1 個非線性三米諾骨牌

o1 \ 8 13

4 個非線性四米諾骨牌

1oo1 | 712 (= 7 ⅔) 16 (= 7/6)
o1oo1 + 8 1
1o1 '10 2
o11 • '12 3

11 個非線性五米諾骨牌

1o1oo1 727 1
1oo11 | 7141112 15
1oo1oooo1 + 8 1
1o1ooo1 | 861132 121'11
o11oo1 84212 1112
1o1o1 \ 8114 1117
o11o1 \ 91'11 2 1117
11oo1 '10 12 2
o1o11 • '12 3
1o11 '12 2'12 214
11o1 '13 '15 233
這種(不太容易理解的)以行對行的閱讀方向對 35 個自由六米諾骨牌進行排序的方式,會產生一個編號,這個編號也出現在表格的 *-列中。

34 個非線性六米諾骨牌

線性化形式 Σ tan HCDA tan(最大偏差 ∢) *
o11oo1o1 — 61221122 0111112 30
1o1oo11 6132118 012112 24
11oo11 6171'13 18 0121132 11
o11oo1oo1 / 61'21 152 012 33
1o1o1oo1 7418211122 015212 28
1oo111 72174122 1'15 29
o111oooo1 7113121153'56 142 23
1o1oo1o1 + 712 16 22
11oo1o1 | 715 01'23 09
1o1o1ooo1 \ 8 13 32
o11o1oo1 83'16 6 1224 34
1o11oo1 81111174 112 18
o111oo1 99122614 111'19 25
11o1o1 954 112 10
o111ooo1 92214 1242 19
11o1ooo1 924 2 07
11o1oo1 91134 113 06
11oo1ooooo1 — 9192 2 17
1o11ooo1 • '10 2 21
1o1o11 '10 52321114 26 26
o1o1o1oo1 — '10 3126 11226 08
11oo1oooo1 • '10 2 22 16
o11oo11 '10 1152 22 13
1oo11o1 | '10 12 2 12
1o11o1 '11 4111'24 23 22113 27
o1o11oo1 '11 111112 3 14
o111o1 '12 1152312 26 31
o11o11 • '13 215 35
111ooooo1 | '14 24 21'11 04
o1o1o11 • '14 2 32 15
11o11 '14 1332 39 05
111oo1 '15 326 2162 03
1o111 • '17 42 20
111o1 '17 141112 3313 02

七米諾骨牌(有 107 個不同的非線性自由骨牌)

1o1oo11oo1 | 61118'12 0113
1o11ooooo11 — 615221'18 2 0122
1oo111ooo1 + 73 1
111ooooo11 72514 01'20
11o1oo1ooooo1 71251'10 512112 154
o11o1oo1oo1 + 8 1
11o1o1o1 \ 851'28 111142 16'15
111oo11 831534 1'11 12
111oo1o1 9181'13 14 1113
111oo1oo1 | '10 211613 111115
1o1o111 • '12 3
o11o11o1 \ '13 '35 245
o1o1o1o1oo1 '13 '33 13 21133113
1oo11oooooo1o1 + '13 3 3
111oo1oooo1 '13 183 3113
111oo1ooooo1 '14 73122 37
111oo1ooo1 • '14 12 4
o111o11 • '16 3
o1o1o1o11 • '18 12 5
1111ooooo1 '19 151132 44212
1111oo1 '20 1''104 4352
1111o1 '23 3111113 432

...

八米諾骨牌(有 52 個不同的非線性對稱自由骨牌)

1o1o1oo1o1oo1 + 612 02
1o11ooo11oooooo1 •• 7 013
o11oo1o1oo11 + 73 1
1o1o11ooo1ooo1 • 7144 132
1o11oo1oo1ooo1 / 7151132 132
11o1oo1o1o1 + 812 13
1oo11o11ooo1 + 95 2
11o11ooo1o1 • '10 3 2
o1o1oo1111 • '11 '28 1113 29
1o11o111 • '15 1121123 3122
o11o11o11 • '15 12 3
o1111o11 • '18 312
11o1111 • '23 12 63

...

九米諾骨牌

11oo1111ooooo1 • 712 13
1o11o11ooo1oo1 • '10 113
11o1o1111 • '14 3 312
1o111o111 • '20 42
o11111o11 • '21 42

...

十米諾骨牌

11oo111ooo1o1ooo1 + 612112 02
11o1o1oo1o1o1oo1 + 61311154 0111212
11o1oo11oo11oooo1 • 61'19 1112 013
1oo11o1o1o11ooo1 + '15 92 22
1o11o11o111 • '18 ''126 417
11o11o1111 • '18 1392 41118
o111o111o11 • '21 1'59 44
1o1111o111 • '23 8113 4242
o111111o11 • '23 1'10 54
111o11111 • '30 162 84

...

十一米諾骨牌

111ooooo1111oooo1o1 • 61'20 0122
111o1o11111 • '17 2113112 42
11o111o1111 • '23 16 5122
1o11111o111 • '26 12 5
o1111111o11 • '27 23 62

...

十二米諾骨牌

o11o1oo11o1oo11o11 + 62'10 03
11o1o1o1oo1o1o1oo1oo1 + 62'10 03
11oo11o1ooo11o1ooo1oo1 •• 612 02
1o11oo1o11oo1o1o1ooo1 + 614 0112
11o1o1oo1o1o1oo111 + 6 1'11 0125
o111oo111oooo111ooooo1 •• 61'12 42 0122
1o111o111o111 • '25 4 41'15
11o1111o1111 • '27 1'11 68

...

因此,以這種方式首先按正方形的數量,然後按它們的 Σ tan HCDA 排序的非線性多米諾骨牌的 Σ tan HCDA 的連分數項數的序列以 1、3、1、1、1、3、7、1、6、5、4、4、3、1、3、2、8、7、7、6、10、8、11、3、3、1、4、8、8、3、5、3、5、4、1、9、5、2、5、3、8、7、8、1、3、2、5、4、1、7,... 開頭。此序列中的每個 1 都表示某個多米諾骨牌的 Σ tan HCDA 是一個自然數,這似乎也需要一些對稱性標準,或者至少是類似的和諧。這些自然數的序列為 8、8、10、12、8、12、8、10、13、17,... 線上整數序列百科全書目前還沒有這兩個序列,只有所有可能的帶有 n 個單元格的多米諾骨牌的計數,例如 所有自由骨牌的計數,以及所有帶有或不帶有孔或特定對稱性的骨牌的計數可以在那裡找到。因此,目前似乎仍然沒有解決有多少多米諾骨牌具有自然 Σ tan HCDA 以及哪些自然數可以作為多米諾骨牌的 Σ tan HCDA。歡迎在這裡進行進一步的編輯以進行進一步的澄清。

以下是使用 Maxima 從給定的線性化多米諾骨牌規範計算多米諾骨牌正方形位置列表、Σ tan HCDA 以及 tan(最大偏差角)絕對值。

t:"(a:[0,1],e:[],b:1/2,c:2,d:1,f:0,g:0,v:0,
for n:1 thru slength(s)do(h:a[c]+d,
if charat(s,n)=ascii(49)then
  (a:endcons(h,a),c:c+1,b:b+(a[c]-b)/c,d:1,f:0,g:0,h:a[c]+d)
  else e:endcons(h,e),
if(charat(s,n)#ascii(49))or member(h,a)or member(h,e)then do
  (if f=bit_rsh(g,1)then(f:0,g:g+1)else f:f+1,
   d:d+%i^g,h:a[c]+d,
   if(member(h+1,a)or member(h-1,a)or member(h+%i,a)or member(h-%i,a))
    and not member(h,a)and not member(h,e)then return(0))),
print(a),e:[],
for n:1 thru c do(a[n]:a[n]-b,e:endcons(carg(a[n]),e)),d:0,f:e[1],
do(b:0,g:0,h:%pi*2,
for n:1 thru c do(if
  ((e[n]>f)and(e[n]<=(f+%pi)))or
  (((e[n]+%pi*2)>f)and((e[n]+%pi)<=f))or
  (((e[n]-%pi*2)>f)and((e[n]-%pi*3)<=f))then
   (g:g+1,b:b+(a[n]-b)/g,p:e[n]-f,
    if p<0 then p:p+%pi*2,
    if p>%pi*2 then p:p-%pi*2,
    if(p>0)and(p<h)then(h:p,k:n,q:1))else
   (p:e[n]-f-%pi,
    if p<0 then p:p+%pi*2,
    if p>%pi*2 then p:p-%pi*2,
    if(p>0)and(p<h)then(h:p,k:n,q:-1))), b:carg(b),
w:cot(f-b), d:d+w, w:abs(w), if v<w then v:w,
w:cot(e[k]-b), d:d-w, w:abs(w), if v<w then v:w,
if q=1 then f:e[k]else(if e[k]>0 then f:e[k]-%pi else f:e[k]+%pi),
if f=e[1] then return(0)),
d:bfloat(d),v:bfloat(v),[d,cf(d),v,cf(v)])"$s:"o11oo1"$eval_string(t)

對於非線性三米諾骨牌“o1”,此程式獲得其 3 個點,質心位於 (0; 0)

  • a[1] = –2/3 – /3
  • a[2] = 1/3 – /3
  • a[3] = 1/3 + 2 /3

然後將這 6 個差值相加

  1. cot (arg a[1] + pi/4) – cot (arg a[3] + pi/4) = 1/3 + 1/3
  2. cot (arg a[3] – arctan ½) – cot (arg a[2] – arctan ½) = 4/3 + 1/3
  3. cot (arg a[2] – arctan 2) – cot (arg a[1] – arctan 2) = 1/3 + 4/3
  4. cot (arg a[1] – 3 pi/4) – cot (arg a[3] – 3 pi/4) = 1/3 + 1/3
  5. cot (arg a[3] – arctan ½) – cot (arg a[2] – arctan ½) = 4/3 + 1/3
  6. cot (arg a[2] – arctan 2) – cot (arg a[1] – arctan 2) = 1/3 + 4/3
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