60
Задача о домашировании ферзей
В. Г. ЧВАНОВ
В статье М. Мамикона в «Кванте» 1977 г., № 12 рассматривалась следующая задача:
Задача о домашировании. Какое минимальное число ферзей можно размещать на шахматной доске так, чтобы они атаковали все ее свободные поля?
Числа известны лишь для малых , приведенных в таблице 1.
Таблица 1
| | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | … |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| | 1 | 2 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | ? | … |
На рисунке 1 приведены размещения ферзей на доски , , , для которых равны соответственно 1, 5 и 5. Для больших задачажет своего решения.
В статье М. Мамикона приводятся следующие оценки для :
Наша цель — указать некоторые примеры, позволяющие лучшеить эти оценки и формировать связанные с ними задачи в надежде на то, что читатель самостояльно продвиняет в решении задачи о домашировании.
Первая геометрическая идея — пробивание каймы
Размещение ферзей на доске , для которых (реализуется нижняя оценка М. Мамикона), называемым идеальным.
Примерми могут служить размещения, показанные на рисунке 1 (при и ).
После применения из 4 клеток, расположенных вдоль ее края. При идеальном размещении (см. рис. 1a, 6) каждый ферзь будетровно 8 клеток на каждой из таких клеток ее клетка не пробивается двумя ферзями, поэтому число ферзей равно 4 , откуда и получается нижняя оценка (1). Полное доказательство данного в статье М. Мамикона.
Задача 1 (нерешенная). Существуют ли идеальные размещения кроме двух указанных? Конечно ли число идеальных размещений? (Гиотеза: ответ на последний вопрос — положительный.)
Необходимым условием домаширования, размещется, является домашрование на кайме. Поэтому интересно знать, для каких досок возможно домашрование на кайме ферзями. М. Мамикон доказал, что таких досками являются доски при , где и — взаимно-простые числа разной четности. Но этим списком также доски не исчерпывают. Примером может служить размещение на рисунке 2 ; еще одно такое размещение я придумал для доски , . Эти размещения применяются тем, что в них соблюдается численное равенство ферзур, расположенных лишь в противоположных квадратах, образованных пересечением главных диагоналей.
61
Вторая геометрическая идея — вывести -ферзя за пределы центрального квадрата
Рассмотрим -ферзя на рисунке 4,6 и заменим четыре угловых ферзя на два ферзя, лежащие за пределами центрального квадрата (), как показано на рисунке 5. Тогда мы получим -ферзя из фигур, доминирующего на доске . Дальнейшее сокращение числа фигур невозможно, так как в квадрате имеется диагонали.
Однако, когда мы выносим фигуры по своим диагоналям за пределы центрального квадрата, оказывается, что можно получить -ферзя, доминирующий на доске большого размера, чем , за счет увеличения числа атакуемых горизонталей и вертикалей (см. рисунок на четвертой странице обложки). Естественно спросят.
Задача 4. Каков максимальный размер квадрата, на котором доминирует -ферзя из фигур?
Я не знаю ответа на этот вопрос, однако с другой серии -ферзей указаны примером, которые позволяют замерно улучшить оценку сверху для . В частности, для любого из серии () можно построить -ферзя из фигур, который доминирует на доске , где . Таким образом, для всех из серии (), мы получаем оценку
Заметим, что число вертикалей (а также горизонталей), а также таких -ферзем, равно .
-ферзь, изображенный на обложке, и есть один из -ферзей этой серии (при ). Рассмотрим его подробнее. Он состоит из 3-х, обладающих определенными «конструтивными» достоинствами, группы фигур. Каждая, взятая отдельно, группа атакует во всех направлениях столбко рядов, сколько содержится в ней фигур. Причем, в вертикальном и одном из диа-
62
гональных направлений ряды атакованы без разрывов, в другом — атакован каждой третий ряд, в горизонтальном — каждой второй. Крайние группы содержат , а средняя — по фигур, размещенных последовательным ходом коня вдоль параллельных линий 1-1, 2-2, 3-3. Линия 1-1 проходит через центральную клетку доски. Расстояния между линиями 2-2, 3-3 и линии 1-1 выбирается так, чтобы за пределами доски с 2-х ее сторон (см. рисунок на обложке) находилось по фигур каждой крайней группы. Но при этом часть фигур каждой группы выходит из синей зоны и в ней образуется разрыв (показано зеленьм) в сплошном диагональном проюе. Фигуры, вышедшие из синей зоны, возвращают в нее параллельным переносом по своим диагональным так, чтобы ликидировать образованшийся разрыв.
Улучшение нижней оценки для
Тепер вернемся к нижней оценке . Ее можно улучшить, размещенной оценкой для досок , сравнимых по модулю 4.
Заддача 5. Докажите для каждой вида досок выполяемость следующих оценок :
(4)
Указание. Число полей краевой каймы доски, на которой доминируют ферзей, кратно 8; число фигур идеальной расстановки .
Заддача 6. Дано по вертикальных, горизонтальных, восходящих и низходящих диагональных линий. Укажите все значения , для которых возможно эти линиями (они идут через центры клеток) зачеркнуть все клетки доски .
Заддача 7 (нерешенная). Конечно ли число досок, для которых выполняются оценки (4), (5), (6)? Гипотеза: число таких досок конечно.
Оценки (4), (5), (6) позволяют нам расширить таблицу 1. Действительно, с их учетом можно записать, что ; ; ; и легко получить, доставвая размещения (рис. 1 «6») до размеров и с установкой дополнительной фигуры в угловой клетке доски. Размещение же показано на рисунке 6.
«Качество» того или иного доминиующего размещения удобно оценить относением . Итак, наши результаты можно представить в виде таблицы 2.
Таблица 2 заслуживает выполнения, но ее анализ мы оставляем читателем. Отметим лишь следующие о том, что доска является наиболее suitableми и формальными для размещения позволяющим нам ответить на этот вопрос пока утвердилено.
Заддача 8 (о внешнем доминировании). Какое максимальное число ферзей можно размещить на бесконечной шахматной доске так, чтобы атаковали все доски ?