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Hemmes mathematische Rätsel: Streichholzquadrate

Wie viele verschiedene Möglichkeiten gibt es, drei Quadrate aus 24 Streichhölzern zu bilden?
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Der amerikanische Ingenieur Maxey Brooke schrieb in den 1960er und 1970er Jahren zahlreiche Artikel und etliche Bücher über mathematische Denksportaufgaben. Er verfasste auch eines der wenigen Werke, die ausschließlich von Streichholzrätseln handeln. In diesem Buch aus dem Jahr 1973 mit dem Titel »Tricks, Games and Puzzles with Matches« fordert er seine Leser auf, aus 24 Streichhölzern drei Quadrate zu bilden. Die Aufgabe ist lächerlich einfach. Als Lösung zeigt Brooke drei Quadrate, die alle eine Seitenlänge von zwei Hölzern haben. Ich habe diese Aufgabe für das heutige Rätsel etwas schwerer gemacht. Es gibt mehr als nur diese eine Lösung, denn die Quadrate können sich auch überlappen. Die Abbildung zeigt ein Beispiel dafür.

Welche und wie viele Kombinationen von Seitenlängen können die drei Quadrate in den einzelnen Lösungen haben? Bei Brookes Lösung ist es die Kombination 2-2-2 und in dem Beispiel 1-2-4. Beim Lösen ist zu beachten, dass alle Quadrate flach auf dem Tisch liegen und aus den 24 Streichhölzern genau drei Quadrate entstehen müssen, keines mehr und keines weniger. Die Streichhölzer haben alle die Länge 1 und den Durchmesser 0. Jedes Streichholz gehört vollständig zu mindestens einem Quadrat, die Quadratseiten sind ganzzahlig und die Streichhölzer dürfen sich nicht kreuzen.

Insgesamt gibt es neun Lösungen: 1-1-4, 1-1-5, 1-2-3, 1-2-4, 1-3-3, 1-3-4, 2-2-2, 2-2-3 und 2-3-3. Dabei geben die drei Zahlen jeder Kombination an, wie viele Streichhölzer die Quadratseiten lang sind. Man kann die Lösungen durch systematisches Probieren recht leicht finden. Die Lösungen 1-1-4, 1-2-3 und 2-2-2 bestehen aus jeweils drei einzelnen, sich nicht überlappenden Quadraten. Für die anderen sechs Kombinationen zeigt die Skizze für jede Lösung je ein Beispiel.

Streichholzquadrate

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