O Quadrado Mágico “esburacado”

Vi o puzzle a seguir, e parecia interessante. Por falta de um nome melhor, chamá-lo-ei de “quadrado mágico esburacado”.

Se o leitor quiser tentar resolver, aviso que há spoilers à frente.

Como eu já tinha feito uma rotina que resolve quadrados mágicos de qualquer tamanho, achei que poderia aproveitar algum padrão já existente.

Vide https://asgunzi.github.io/QuadradoMagicoD3/index.html

Entretanto, não foi possível partir para uma solução que utilizasse quadrados mágicos comuns. E também não consegui chegar numa fórmula matemática fechada, que chegue a uma solução.

O jeito foi apelar para os computadores. Mesmo assim, não é tarefa fácil.

O jeito “força bruta” pura chega a 20! (fatorial) combinações. Isso dá o número astronômico de 2,4*10^18 combinações. Computador algum no mundo consegue resolver.

O que fiz foi usar a estrutura do problema para diminuir drasticamente o número de combinações. Uma “força bruta” refinada…

Imagine fatiar o problema. Resolver somente a primeira linha.

Se olhar só para a primeira linha, há 20 números possíveis, e a combinação de 4 delas tem que somar 42.

O Python tem algumas rotinas de combinações e permutações que vêm bem a calhar. Elas geram todas as combinações possíveis.

   #Passo 0:
   comb = itertools.combinations(setNumbers,4)
   
   for c in comb:
       if sum(c)==42:
          #Faz alguma coisa

Esse código vai descartar uma combinação errada (digamos, [1,2,3,4]) e vai ficar com uma combinação correta (ex. [1, 2, 20,19]).

Dada essa combinação correta, ainda assim há todas as permutações possíveis dela (ex. [1,20, 19, 2], [20,19,2,1] ) a checar.

permut1 = list(itertools.permutations(c)) #Código para gerar permutações

Isso dá comb(20,4)*permut(4) = 116 mil

Para cada combinação possível da primeira linha, agora vamos tentar encaixar a primeira coluna:

São três espaços vazios, para encaixar 16 números (ou seja, 20 iniciais – 4 da primeira linha). A soma da coluna tem que dar 42.

O resto do procedimento é igual. Dá comb(16,3)*permut(3) = 3360.

Uma nota importante. Das 116 mil, somente uma fração preenche o critério da soma ser 42. Portanto, esses 3360 testes não são aplicados aos 116 mil, somente ao que passou. Ainda assim, dá um número enorme, mas dessa forma, vamos restringindo o problema.

A seguir, tento preencher a diagonal. Isso porque ela tem só duas casas vazias. É um espaço menor de busca de combinações, mais fácil. Vamos restringindo o problema aos poucos.

A seguir, a segunda coluna.

E assim, sucessivamente.

Com isso, a rotina chegou à diversas soluções:

6910017
0202137
1850163
1481910
40111215

Ou:

1219020
0181239
11160105
1764150
1307148

Ou:

2417019
020589
10150161
1831470
12061113

Na verdade, a rotina mostrou mais de 30 mil soluções (tinha várias permutações simples das soluções mostradas, e até repetidas).

Mesmo não tendo a elegância de ter solução única, é um desafio computacional interessante.

Download do código (em Python): https://github.com/asgunzi/QuadradoMagicoEsburacado

Veja também:

https://ideiasesquecidas.com/laboratorio-de-matematica/

Jogo do Prisioneiro

Como de costume, registro aqui os agradecimentos aos puzzles que ganho de presente.

O amigo Marcos Melo trouxe do Nordeste o joguinho da foto abaixo.

O objetivo é retirar o prisioneiro (a peça grande, quadrada, com um ponto amarelo), movendo as demais peças (não é permitido girar).

Eu achei a posição 1 (supostamente fácil) bastante complicada, e nem comecei a tentar a posição 2.

Para quem quiser comprar, o link é https://www.enigmais.com.br.

Uma visita ao Museu da Matemática Prandiano, em São Paulo

Pouca gente sabe, mas existe um Museu da Matemática em São Paulo.

O detalhe é que não é um museu público, mas sim um acervo particular do prof. Ricieri Prandiano.

Este fica num casarão enorme, na Ana Rosa, e só está aberto à visitação em dias e horários específicos.

Na visita realizada, havia uma palestra introdutória do prof. Prandiano, que durou a tarde inteira.

Seguem algumas fotos e comentários.

Prova visual de (A + B)^2 = A^2 +2AB + B^2

Aproximação da circunferência por um polígono

Uma forma lúdica de provar o Teorema de Pitágoras
Não anotei o que era isto, alguém dá um help?

Como encaixar os 4 Ts num quadrado – já vi um puzzle assim em Campos do Jordão


Ilustração da função seno, girando o cilindro

Acima, um quebra-cabeça. Como arranjar as peças para caber no retângulo e, depois, no quadrado?

Qual a melhor forma de encaixar quadradinhos num quadrado maior? Ou, na vida real, caixas num palete, cargas num contêiner?
Mecanismo de Leibniz. Girando manualmente a peça da esquerda, o display vai contando em binário: 0, 1, 10, 11, …

Algumas coisas ruins é que o museu, por ser privado, não está aberto em horários definidos – tem que consultar no site ou ligar.

Outra coisa, não é permitida a entrada de crianças – imagino a minha filha menor quebrando tudo. Porém, são justamente as crianças que mais gostariam de mexer em tudo isto.

O Museu da Matemática de Nova Iorque é bem legal, e foi projetado para crianças. Um dia, resgato as fotos e posto aqui.

Outras dicas, bastante lúdicas para crianças, são o Museu Catavento, em São Paulo e o Parque Sabina, em Santo André. Ambos têm várias experiências de física (acústica, mecânica, eletricidade), é bem legal.

Depois da visita, fiquei com vontade de criar uns puzzles desses em madeira. Deve ser divertido!

Veja também:

https://ideiasesquecidas.com/laboratorio-de-matematica/


Links:

Prandiano: https://www.prandiano.com.br/museu


Museu Catavento: http://www.cataventocultural.org.br/

Parque Sabina: https://bora.ai/sp/passeios/visita-ao-parque-sabina

Museu da Matemática de Nova Iorque: https://momath.org/

​ Superinteressantes

Uma senhora chamada Teresa Doi foi uma das pessoas mais importantes na minha formação.
Nos anos 90, quando eu tinha uns 13 anos, ganhei uma coleção de revistas Superinteressante dessa senhora, amiga de meus pais. Tinha umas 50 revistas velhas que ela iria jogar fora. Como sempre tive a fama de ser curioso e inteligente, ela achou que isto tinha mais utilidade para mim do que para o lixão.
Supers.JPG
E, realmente, esta coleção de revistas foi uma preciosidade para mim! Juro que li todas as revistas, devorando cada artigo, cada figura, cada gráfico. Quando criança, tinha a Biblioteca do Escoteiro Mirim.  Na pré-adolescência, essas revistas Super. E a coleção Fundamentos da Matemática Elementar, no Ensino Médio.
Os temas variavam do surgimento do CD, e de como isto iria aposentar o LP, até Aristóteles, e como o maior pensador da história achava que o cérebro servia para esfriar o sangue.
A Super daquela época era muito mais sisuda, mais técnica, do que a Super atual, que quer ser mais descolada.
Grande parte dos artigos eram sobre Física, e eu gostava principalmente das reportagens sobre Albert Einstein, de como ele imaginava-se viajando na velocidade da luz e olhando-se para o espelho: veria ele a própria imagem no espelho? Ou o paradoxo dos gêmeos: o tempo passaria mais devagar para um gêmeo viajando próximo à velocidade da luz, e quando se encontrassem novamente, o gêmeo terrestre estaria mais velho que o que viajou. Ou dos misteriosos quanta, que desafiavam o senso comum: quando observados, comportavam-se como partículas, senão, como ondas.
Resultado de imagem para einstein
Ganhei uma quantidade incrível de conhecimento, vocabulário, repertório de ideias e capacidade analítica, e usaria o máximo desse conhecimento nos anos vindouros, e até os dias de hoje.
Este blog tem mais ou menos o mesmo objetivo, o de apresentar ideias complexas de forma palatável, e possibilitar que outras pessoas tenham a mesma sensação, a mesma fome de conhecimento. Ao dividir conhecimento, na verdade o multiplicamos, como uma grande chama que forma outras chamas.
No final de cada edição da Super antiga (hoje não tem mais), havia um desafiozinho de lógica, pelo prof. Luiz Barco. Lembro de perder horas tentando resolver tais questões.
Inspirado nos desafios do prof. Barco, e para manter a tradição dos puzzles no final de casa Super, proponho dois probleminhas a seguir.
Desafio 1: Quantos ursos ao redor do buraco?
Puzzle1.JPG
Desafio 2: O quadrado da questão
 
Puzzle2.JPG
Respostas no próximo post.