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Hemmes mathematische Rätsel: Können Sie die Zahlen richtig anordnen?

Eine dynamische Darstellung von weißen, dreidimensionalen Zahlen, die sich spiralförmig auf einem blauen Hintergrund anordnen. Die Zahlen scheinen sich in die Tiefe des Bildes zu erstrecken, was einen Eindruck von Bewegung und Unendlichkeit vermittelt.

Seit 1970 erscheint in Russland beziehungsweise damals noch in der UdSSR die Zeitschrift »Kvant«, in der auf anschauliche Weise über aktuelle Themen der Mathematik und der Physik für ein breites Publikum geschrieben wird. Von 1990 bis 2001 gab es auch eine amerikanische Ausgabe mit dem Titel »Quantum«. Die Kopfnuss dieser Woche stammt von Sergei Berlov und wurde im Januar-Februar-Heft 1995 von »Quantum« veröffentlicht.

An die 20 Ecken dieser beiden Zehnecke werden völlig willkürlich positive ganze Zahlen geschrieben. Die einzige Einschränkung ist, dass die Summe der Zahlen jedes Zehnecks 99 betragen muss. Ist es immer möglich, zwei Eckenzahlen m und n von 1 bis 9 zu finden, sodass m direkt aufeinanderfolgende Ecken bei dem einen Zehneck die gleiche Summe ergeben wie naufeinanderfolgende Ecken bei dem anderen Zehneck?

An Stelle der beiden Zehnecke kann man sich zwei Kreise vorstellen, deren Umfänge jeweils eine Länge von 99 haben. Ihre Umfänge sind in je zehn Kreisbögen unterteilt, deren Reihenfolge und deren Längen den Zahlen an den Ecken der beiden Zehnecke entsprechen. Stehen also beispielsweise an den ersten drei Ecken des ersten Zehnecks die Zahlen 14, 9 und 30, so haben die ersten drei Bögen des ersten Kreises die Längen 14, 9 und 30. Nun legen wir die beiden Kreise genau aufeinander und drehen den oberen Kreis um seinen Mittelpunkt. Wenn bei irgendeinem Drehwinkel ein Paar von unteren Bogenendpunkten mit einem Paar von oberen Bogenendpunkten zusammenfällt, haben wir eine Lösung gefunden. Ist es aber auch möglich, dass ein solches Zusammentreffen nie eintritt? Nein, das ist unmöglich. Während einer vollen Umdrehung des oberen Kreises muss jeder seiner Bogenendpunkte auf zehn Endpunkte des unteren Kreises treffen, so dass es insgesamt 100 Treffpunkte gibt. Der obere Kreis kann gegenüber dem unteren 99 Stellungen einnehmen, auf denen die 100 Treffpunkte verteilt sind. Daher muss es mindestens eine Stellung mit mehr als einem Treffpunkt geben. Es muss also wenigstens einmal ein Paar von oberen Bogenendpunkten auf ein Paar von unteren Bogenendpunkten treffen.

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