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一起来玩俄罗斯方块

2021-10-27阮征

数学大王·中高年级 2021年10期
关键词:方块方格瓷砖

阮征

啦啦啦,啦啦啦,我是播报的小行家,一边走一边报。今天的热点真正好,快来组队看报道。

你知道俄罗斯方块吗?你知道它其中蕴含着许多数学奥秘吗?来吧,跟着我们一起走进俄罗斯方块的奇妙世界!

俄罗斯方块的诞生

俄罗斯方块诞生于阿列克谢·帕基特诺夫的手里。一直热衷于开发电脑游戏的他,突然有了一个新想法——是否可以让不同形状的积木落进一个矩形的玻璃容器里,并在容器底部堆叠起来,使它们排列成完整的一行或者多行呢?在两个好友的帮助下,他制作了这款游戏。经过不断地传播和完善,这款游戏逐渐变成了家喻户晓的经典游戏——俄罗斯方块。

俄罗斯方块中的数学玄机

如果你玩過这款游戏,相信你一定知道,俄罗斯方块中共有7种不同形状的“方块”,它们不断地随机落下。方块的形状很像一些英文字母,因此人们将它们命名为I形、J形、L形、O形、S形、T形、Z形。

在游戏过程中,玩家需要安排、摆放不一样形状的“方块”,使1行或者多行被密铺、无空缺,这样可以消去方块,从而得分。关于计分方式:方块一次消去1行得100分,消去2行得300分,消去3行得600分,消去4行得1000分,依此类推。

随着被消除的总行数不断增加,方块下落的速度也会越来越快。一旦某个方块摆放后超出了原规定矩形的高度,游戏便自动结束,玩家又得从头开始!

你是否有这样的疑问——假如玩家的技术水平高超,那么这个游戏是不是永远都不会结束?答案是否定的!曾有人指出,当S形方块和Z形方块以适当的时间间隔交替出现时,游戏区域中将不可避免地出现越来越多无法消除的行,最终导致游戏结束。从理论上说,俄罗斯方块是不能一直玩下去的。

不可能出现的矩形

假设一个小方格的面积为单位1,游戏中用到的7种方块的总面积则为28,那么我们是否能用这样7种不同形状的方块拼出一个4×7的矩形呢?这个问题的答案同样是否定的。原因很简单,我们画出一个由28个小方格组成的4×7的矩形,把这些方块摆一摆,你就会发现:T形方块的出现,使得这28个格子,不可能被这7种方块完全覆盖住。所以,用7种方块拼成一个完整的矩形也是不可能的。

平面镶嵌

有趣的是,这7种方块恰好能构成一个平面镶嵌。什么是平面镶嵌呢?如果一组几何图形能够既无重叠又无空缺地填满整个平面,那么就可以将它称为一种平面镶嵌。

我们生活中的瓷砖形状基本上是等边三角形、正方形和正六边形,也仅有这三种正多边形符合单用一种正多边形就可以构造平面镶嵌的条件。如果允许使用多种图形,我们还可以构造出更多漂亮的平面镶嵌图案。一些设计师别出心裁,把瓷砖做成了俄罗斯方块的形状,给居家生活带来了几分创意!

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