Математические головоломки профессора Стюарта - Иэн Стюарт

Adonis Asteroid Mousterian

Джереми Фаррелл опубликовал[4] несколько поразительных магических квадратов. Вот три примера из этой публикации. В каждой клеточке такого квадрата содержится двухбуквенное английское слово, которое можно найти в любом стандартном словаре. В клетках каждой строки, каждого столбца и каждой из двух главных диагоналей квадратов четвертого и пятого порядков содержатся одни и те же буквы. Каждая строка и столбец представляют собой анаграмму (хотя и не осмысленную) одного и того же словарного слова, написанного под соответствующим квадратом. Кстати говоря, Mousterian (мустьерский) – это разновидность кремневых орудий, которыми пользовались некоторые неандертальцы.

Вам может показаться, что правильным образом организованные слова не имеют отношения к математике. Однако любители головоломок, как правило, уважают и то и другое, а сам я склонен рассматривать игры со словами скорее как задачи по комбинаторике с нерегулярными ограничениями; говоря конкретнее, в качестве ограничения здесь выступает словарь. Но у этих квадратов есть и математические свойства. Если каждую букву заменить подходящим числом, а числа, соответствующие двум буквам в заданной клетке, сложить, то получившийся числовой квадрат тоже окажется магическим. То есть числа в каждой строке, в каждом столбце и (за исключением квадрата 3 × 3) по каждой диагонали в сумме дадут одно и то же число.

Конечно, это свойство выполняется для любого набора чисел, за исключением диагоналей квадрата 3 × 3, потому что каждая буква встречается в каждой строке, каждом столбце и (за исключением квадрата 3 × 3) на каждой диагонали ровно один раз. Однако при правильном выборе в квадратах будут стоять числа от 0 до 8, от 0 до 15 и от 0 до 24 соответственно. В каждом магическом словарном квадрате соответствия между буквами и цифрами будут разными.

Какие числа соответствуют каким буквам? Ответ см. в главе «Загадки разгаданные».

Два коротких вопроса на квадраты

1. Назовите наибольший полный квадрат, в котором каждая цифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 встречается ровно один раз.

2. Назовите наименьший полный квадрат, в котором каждая цифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 встречается ровно один раз.

Ответы см. в главе «Загадки разгаданные».

О вреде чистых рук

Джон Непер, восьмой лорд Мерчистона (ныне район Эдинбурга), знаменит тем, что в 1614 г. изобрел логарифмы. Но в его натуре была и темная сторона: он баловался алхимией и некромантией. Многие считали его колдуном, а его «фамильяром», или волшебным спутником, был черный петух.

При помощи этого петуха Непер ловил вороватых слуг. Он запирал слугу, заподозренного в краже, в комнате с петухом и велел ему погладить петуха, говоря, что волшебная птица сможет безошибочно определить виновного. Все обставлялось очень таинственно – но Непер точно знал, что делает. Он заранее покрывал черного петуха тонким слоем сажи. Невиновный слуга готов был, как велено, погладить птицу, и на его руках обязательно оставались следы сажи. Виновный, страшась разоблачения, игнорировал распоряжение хозяина, и его руки оставались чистыми.

Чистые руки служили доказательством вины.

Дело о картонных коробках[5]

Из мемуаров доктора Ватсапа

После возвращения ценных церемониальных кинжалов и по мере того, как росла репутация нашего партнерства в решении неразрешимого, постижении непостижимого и распутывании нераспутываемого, ситуация с нашими личными финансами улучшалась с каждым днем. Элита Англии становилась фактически в очередь, стремясь заручиться нашими услугами, и в моих записных книжках можно найти описание многих успехов моего друга: это и загадка пропавшей горы, и история с испарившимся виконтом, и союз лысых. Однако ни один из этих случаев не отражает талантов моего друга в их самой чистой форме и не раскрывает его способности распознавать значимые черты обычных на первый взгляд объектов и событий, на которые большинство людей просто не обратили бы внимания. В этой связи на ум сразу приходит случай с гигантской летучей мышью из Сент-Олбанс, но подробности этого дела слишком сложны и загадочны, чтобы разбирать его здесь.

Любопытные события Рождества 18.. года, однако, прекрасно подходят для моей цели и заслуживают большего интереса. (Я вынужден сохранить точную дату и бо́льшую часть обстоятельств происшедшего в тайне, чтобы не причинять неудобств знаменитой оперной диве-контральто и нескольким министрам Кабинета.)

Я сидел за своим письменным столом, припоминая и записывая подробности последних дел Сомса, а он проводил бесконечную, как мне казалось, серию экспериментов с моим старым армейским револьвером и вазой с хризантемами. И его, и мою деятельность прервала миссис Сопсудс, которая внесла и поставила на стол две картонные коробки разных размеров, перевязанные ленточками.

– Рождественские подарки для вас, мистер Сомс, – объявила она.

Сомс посмотрел на посылки. На упаковке каждой красовались его адрес и какие-то почтовые марки с нечитаемыми штемпелями. По форме коробки были прямоугольными… конечно, технически прямоугольник – двумерная фигура, так что на самом деле они были прямоугольными параллелепипедами. Кубоидами.

В общем, коробки имели форму коробок.

Сомс взял линейку и измерил все стороны.

– Замечательно, – пробормотал он. – И очень, очень неприятно.

К тому времени я уже научился уважать подобные оценки, какими бы странными на первый взгляд они ни выглядели. Я перестал смотреть на посылки как на подарки к Рождеству и попытался отбросить растущее подозрение о том, что там внутри бомбы; я постарался внимательно их осмотреть. В конце концов я заметил, что при обвязывании коробок было использовано больше ленты, чем это необходимо.

– Ленты образуют крест на каждой грани коробки, – сказал я. – Когда я упаковываю пакет, я обычно завязываю ленту так, чтобы она образовывала крест на верхней и нижней гранях коробки и проходила вертикально по каждой из четырех оставшихся граней.

– В самом деле.

Очевидно, мой анализ был неполон. Я напряг мозги.

– Ну… Там нет банта.

– Правильно, Ватсап.

По-прежнему ответ неполон. Я почесал голову.

– Это все, что мне удалось заметить.

– Это все, что вы видите, Ватсап. Вы заметили все, кроме главной закономерности. Боюсь, что на пороге ужасные дела.

Я признался, что не вижу ничего ужасного в двух рождественских подарках. Внезапно меня поразила одна мысль.

– Неужели вы имеете в виду, что в коробках содержатся отрезанные части тела, Сомс?

Он рассмеялся.

– Нет, они почти пусты, – сказал он, поднимая и встряхивая каждую по очереди. – Но вы, конечно же, понимаете, что ленты этого конкретного сорта можно купить только у Уилберфорса, в магазине для дам?

– К сожалению, нет, но я склоняюсь перед вашими несравненными познаниями. Хотя само заведение мне знакомо. Это галантерейный магазинчик на Исткасл-стрит. – И тут меня осенило: – Сомс! Это там, где произошло то ужасное убийство! Это было…

– …во всех газетах. Да, Ватсап.

– Улик было достаточно, но тело пока не найдено.

Сомс мрачно кивнул.

– Оно будет найдено.

– Когда?

– Вскоре после того, как я открою эти коробки.

Он натянул перчатки и начал осторожно разворачивать посылки.

– Несомненно, это работа картонариев, Ватсап.

Я непонимающе уставился на него, и Сомс добавил:

– Членов итальянского тайного общества. Но лучше бы вам об этом не знать, – и, несмотря на все мои мольбы, отказался что-либо рассказывать.

Он открыл обе коробки.

– Как я и подозревал. Одна коробка пуста, но во второй лежит вот это, – он поднял и показал мне небольшой прямоугольный лист бумаги.

– Что это?

Он передал лист мне.

– Квитанция из камеры хранения багажа, – сказал я. – Должно быть, это послание от убийцы. Но номер оторван, как и название станции.

– Как и следовало ожидать, Ватсап, как и следовало ожидать. Он – а по кровавым отпечаткам обуви ясно, что преступник определенно мужчина, к тому же крупный, – дразнит нас. Но мы разгадаем его загадки и возьмем над ним верх. Разумеется, название станции очевидно по тому, как коробки перевязаны лентой.

– Э-э… Простите?

– Конечно, вместе со стоимостью марок, что исключает вариант вокзала Чаринг-Кросс.

Мне все это показалось полной бессмыслицей, так что я взял со стола упаковку и насчитал на ней пять марок по одному шиллингу каждая. Откровенно говоря, я был озадачен.