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Hemmes mathematische Rätsel: Wie sieht dieser besondere Würfel aus?

Eine 3D-Darstellung zeigt vier unterschiedlich große Holzwürfel auf einer dunklen Oberfläche. Zwei transparente Kugeln liegen auf den Würfeln, eine auf dem größten und eine auf dem zweitgrößten Würfel. Die Szene ist minimalistisch und hebt die geometrischen Formen und Materialien hervor.

Eine offene Schachtel wird so auf dem Tisch fixiert, dass sie auf einer ihrer unteren Ecken steht. Wirft man nun einen gewöhnlichen Spielwürfel in die Schachtel, rutscht er in diese Ecke, und man kann nur noch drei seiner Seiten sehen.

Diese Seiten scharen sich um eine gemeinsame Würfelecke. Die Summe der Augenzahlen auf den drei Seiten, die sich um eine bestimmte Ecke scharen, ist ihre Eckensumme. Auf diese Weise kann man mit einem gewöhnlichen Spielwürfel die Eckensummen 6, 7, 9, 10, 11, 12, 14 und 15 würfeln. In der Grafik sind die Ansichten auf sich raumdiagonal gegenüberliegenden Ecken übereinander gezeichnet. Unter jeder Ansicht steht die dazugehörige Eckensumme. Man sieht leicht, dass sich die Eckensummen raumdiagonal gegenüberliegender Ecken stets zu 21 ergänzen.

Der Architekt Klaudius Krusch wurde 1972 geboren und lebt in Essen. Neben seinem eigentlichen Beruf hat er dort auch einige Jahre als Mathematik-und-Chemie-Lehrer gearbeitet. Krusch beschäftigt sich in seiner Freizeit gerne mit Mathematik und hat 2024 die Krusch-Würfel erfunden. Ein Krusch-Würfel trägt andere Augenzahlen als ein gewöhnlicher Spielwürfel. Sie sind ganzzahlig, können 0 oder größer als 6 sein, und einzelne Augenzahlen können mehrfach vorkommen. Die acht Eckensummen eines Krusch-Würfels betragen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8. Wie sieht ein solcher Krusch-Würfel aus?

Um das Problem möglichst einfach lösen zu können, wird der Würfel auf die Ebene projiziert. In der Projektion ist die Oberseite des Würfels das kleine, auf der Spitze stehende Quadrat in der Mitte. Die vier Trapeze, die es umschließen, sind die vier senkrecht stehenden Seiten des Würfels, und das große, äußere, auf der Spitze stehende Quadrat ist seine Unterseite. Seine acht Ecken sind durch bunte Kreise markiert, wobei gleichfarbige Ecken sich raumdiagonal gegenüberliegen. Um die Eckensumme 1 zu erhalten, muss auf den drei umliegenden Seiten 0, 0 und 1 stehen. In der ersten Zeichnung steht je eine 0 auf den zwei oberen Trapezen. Die 1 steht auf dem großen Quadrat, ist aber der Übersichtlichkeit halber danebengesetzt worden. Der obere rote Kreis trägt folglich die Eckensumme 1. Somit muss auf dem unteren roten Kreis 8 stehen.

Die Summe der Zahlen des kleinen Quadrats und der beiden unteren Trapeze muss darum 8 ergeben. Jede Seite des Würfels hat vier Ecken. Weil die vier größten Eckensummen 5, 6, 7 und 8 sind, kann auf keiner Seite eine Zahl stehen, die größer ist als 5. Somit gibt es für die Zahlen auf den drei freien Seiten nur die Möglichkeiten (0, 3, 5), (0, 4, 4), (1, 2, 5), (1, 3, 4), (2, 2, 4) und (2, 3, 3). Die Eckensumme 2 kann nur durch (0, 0, 2) oder (0, 1, 1) gebildet werden. Auf den drei freien Seiten muss also entweder eine 2 oder eine zweite 1 vorkommen. Dadurch bleiben nur die vier Möglichkeiten (1, 2, 5), (1, 3, 4), (2, 2, 4) und (2, 3, 3) übrig. Diese wenigen Möglichkeiten kann man schnell überprüfen, und man findet die folgenden drei Lösungen.

Drei weitere Lösungen, die aber nur Spiegelbilder der ersten drei Lösungen sind, erhält man, wenn man die Zahlen in den beiden unteren Trapezen vertauscht.

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