月刊「現代数学」数学パズルにトドメをさす?! 今月のおまけ    Flashは→こちら
第39回
2013年 12月号
全てのライトを消せ!(その2) 〜その操作は冗長〜
n×nライツアウトの不動操作/孤立ライト配置/特性値一覧 他

ダウンロードn×nライツアウトの特性値dn(n=2〜1000)の一覧(テキストファイル/約15KB)

ダウンロードライツアウトの特性値の系列因子pk(k=1〜1001,kは奇数)の一覧(テキストファイル/約8KB)

n×nライツアウトの性質は、特性行列Aを用いてdn=n-det Aで表される特性値dnによって大きく変化します。また、dnの値は、n+1を2のべき乗で割って得られる奇数kによって分類され、kによって決まる定数pkを用いて
  kが3の倍数のとき d(2^m)k-1=(2^m)(4pk+2)-2
  kが3の倍数でないとき d(2^m)k-1=(2^(m+2))pk
と表されると予想されています。

ダウンロードn×nライツアウト(n=2〜15)の掃き出し手順行列P/掃き出し結果行列Q/掃き出し補完行列R/代表解行列S/全検査行列Tの一覧(テキストファイル/約404KB)

ライツアウトにおいて、与えられた点灯パターンαから解の押下パターンξを一気に求める際に使用する各種行列の具体的な内容を,いくつかのnについて示します。

掃き出し手順行列P

点灯パターンαに対する掃き出し操作の全押下パターンβを、β=Pαにより求めるn^2×n^2行列。

掃き出し結果行列Q

αに対する掃き出し操作を行った結果のn行目の点灯パターンzを、z=Qαにより求めるn×n^2行列。

掃き出し補完行列R

全消灯の状態から1行目のみ押下パターンxの操作を施したのち掃き出し操作を行う場合の全押下パターンγを、γ=Rxにより求めるn^2×n行列。

代表解行列S

解を持つ点灯パターンαに対する解の押下パターンξを、ξ=Sαにより求めるn^2×n^2行列。逆特性行列Bを用いて、S=P+RBQにより求められる。

全検査行列T

点灯パターンαが解を持つかどうかをチェックするためのdn×n^2行列。Tα=oであることが解を持つ必要十分条件となる。(dn=0のときは任意のαが必ず解を持ち、Tは定義されない)

ダウンロードn×nライツアウト(n=4〜99)の全検査行列の各行(=不動操作パターン)一覧(zipファイル/約295KB)

ダウンロード同上(0/1の代わりに全角文字(s-jis)の□■を使用して見やすくしたもの)(zipファイル/約378KB)

※ zipファイルは、リンク先を保存してから解凍して下さい。

※ 解凍後のテキストファイルのサイズはそれぞれ約2.9MB,約5.8MBです。

Tの各行(n^2次の行ベクトル)をn×nに折り返して表示したものです。与えられた点灯パターンαをTの各行に対応するパターンと重ねて、全てのパターンについて1(■)となっている箇所の中で点灯しているライトの数が偶数であれば、解が存在します。また、これらのパターン、およびそれを任意の組合せで重ねて排他的論理和をとったパターン(全部で2^dn通り)が、n×nライツアウトの不動操作となります。

ダウンロードn×nライツアウト(n=4〜99)の孤立ライト配置パターン一覧(テキストファイル/約149KB)

ダウンロード同上(0/1の代わりに全角文字(s-jis)の□■を使用して見やすくしたもの)(テキストファイル/約295KB)

n×nライツアウトの孤立ライト(そのライトのみ点灯している状態に対して解を持つようなライト、すなわち、そのライトの点灯/消灯が点灯パターンに対する解の有無に影響を与えないようなライト)の配置パターンを示します。

なお、不動操作パターンおよび孤立ライト配置パターンは、今月号のFlashでも表示させることができます。また、nが20以下のケースについては、先月号のFlashで実際にライツアウト面を操作して確かめてみましょう。