Erne Rubik, ein Bildhauer und Architekt aus Ungarn, beschloss, eine visuelle Hilfe zu erfinden, mit der seine Schüler die mathematische Theorie der Gruppen besser verstehen konnten. Der Zauberwürfel war jedoch bei Wissenschaftlern unterschiedlichen Alters so beliebt, dass sich das Rätsel schnell auf der ganzen Welt ausbreitete und seinen Erfinder zum Millionär machte. Das Assemblierungsdiagramm des Rubik's Cube erscheint auf den ersten Blick unglaublich komplex. Wenn Sie jedoch die entwickelten Algorithmen sorgfältig studieren und sich mit dem Assemblierungsprinzip befassen, wird das Lösen des Puzzles zu einem Wettbewerb um Geschwindigkeit.

Die Struktur des Zauberwürfels und die Namen der Rotationen

Ohne grundlegende Kenntnisse über die Struktur des Zauberwürfels wird es sehr schwierig sein, die ursprüngliche Form dieses Puzzles wiederherzustellen, ohne in der Geschwindigkeit seiner Zusammenstellung zu stottern.

Der üblichere 3x3-Würfel besteht aus 26 Elementen, die wiederum unterteilt sind in:

  • Es gibt nur 6 zentrale, unbewegliche Elemente, die nur eine Farbe haben und ihre Position zueinander nicht ändern.
  • costal (es gibt 12 von ihnen). Sie sind zweifarbig und verbleiben immer an den Seitenwänden, unabhängig von den durchgeführten Rotationen.
  • eckig (8 Elemente), die immer in den Ecken des Würfels bleiben und in 3 verschiedenen Farben lackiert sind.

Es gibt ein anderes Element in der Struktur des Zauberwürfels, das vor unseren Augen verborgen ist - dies ist ein Kreuz, an dem die zentralen Elemente befestigt sind.

Abhängig von der Kapazität des Würfels bestimmter Elemente kann es eine unterschiedliche Menge geben, oder sie fehlen vollständig.Zum Beispiel gibt es in einem 2x2-Puzzle nur Eckwürfel und nur acht davon.

Sechs Flächen des Würfels sind in verschiedenen Farben bemalt. Es ist bemerkenswert, dass nur bestimmte Farben verwendet werden und auf dem Kreuz eines normalen Zauberwürfels paarweise gegeneinander angeordnet sind: weiß - gelb, rot - orange, grün - blau.

Damit die Algorithmen zur Lösung des durch Formeln aufgeschriebenen räumlichen Problems klar werden, müssen Sie die allgemein anerkannte internationale Bezeichnung von Gesichtern und ihre Rotationen erlernen.

Wenn Sie den Würfel in die Hand nehmen, wird das Gesicht, das dem Gelehrten zugewandt ist, als Vorderseite bezeichnet und mit dem lateinischen Buchstaben F bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite ist die Rückseite (B), und die linke (L), rechte (R), obere (U) und untere Seite sind ebenfalls hervorgehoben (D) Facetten.

Geben Sie den lateinischen Buchstaben an, um die Drehung eines bestimmten Gesichts um 90 ° in den Formeln zum Zusammensetzen des Zauberwürfels anzuzeigen. Beim Doppeldrehen steht die Zahl 2. Wird gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wird dem Buchstaben ein Apostroph hinzugefügt. R ¢ bedeutet also, dass die rechte Seite einmalig um 90 ° gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden muss.

Geheimnisse des Bauens eines Zauberwürfels: Elemente, Teile, Schlüsselkonzepte

Erne Rubik hat sich über die Montage des Puzzles, das er erfunden hat, einen Monat lang angesammelt. Für diejenigen, die sich entschließen, den Zauberwürfel zu erobern, wurden viele Methoden entwickelt.

Die beliebtesten von ihnen:

  • Für Anfänger - eine detaillierte Anleitung, die den Algorithmus zur Lösung des Problems in sieben Stufen aufteilt.
  • Die Jessica-Friedrich-Methode ist die beliebteste Methode bei Fans der Hochgeschwindigkeitsfertigung, obwohl sie in vielerlei Hinsicht den Algorithmus für Anfänger widerspiegelt.
  • Die intuitive Methode von Valery Morozov. Es fehlen völlig alle Formeln, es geht nicht darum, eine vorgefertigte Lösung anzugeben, sondern die Struktur des Würfels zu verstehen, um selbständig eine Lösung für das Rätsel zu finden.

Um zu lernen, wie ein Zauberwürfel zusammengesetzt wird, wird häufig empfohlen, das Puzzle zunächst in separate Elemente zu zerlegen und dann wieder zusammenzusetzen. Dies hilft, die Struktur besser zu verstehen und Entscheidungsalgorithmen schnell zu übernehmen.

Bevor Sie sich mit der Entwicklung einer bestimmten Cube-Assembly-Technik befassen, sollten Sie sich mit einigen Konzepten vertraut machen, die häufig in Algorithmen enthalten sind.

Ein regelmäßiges Kreuz ist ein Kreuz, bei dem die Kantenflächen mit den Farben der zentralen Elemente an den Seiten zusammenfallen und sich auf der Oberseite der Farbe bilden, die dem zentralen Element entspricht.

Ein unregelmäßiges Kreuz unterscheidet sich von einem korrekten dadurch, dass die Würfel, die auf der Oberseite ein Kreuz bilden, nicht mit den Kantenflächen der Elemente mit der Farbe der Seiten übereinstimmen.

Richtige Paare sind Paare von Kantenelementen mit übereinstimmenden Farben auf den entsprechenden Flächen, die gleichzeitig in der ersten und zweiten Ebene des Puzzles festgelegt werden können.

Pläne und Schritte zum Zusammenbau des Zauberwürfels für Anfänger

Zu diesem Zeitpunkt gibt es mehrere Optionen für ein mechanisches Puzzle, das 1974 erschien. Dies sind Würfel mit einer anderen Anzahl von Elementen, die das Gesicht bilden, sowie ähnliche Rätsel: Mefferts Pyramide und eine Schlange, bestehend aus Segmenten - regelmäßigen Dreiecken. Betrachten Sie die Reihenfolge und Montageschritte verschiedener kubischer Variationen.

Wie man einen Rubik's Cube 2x2 sammelt

Das Rubik-Puzzle mit einer Kapazität von 2x2 wird auch als Mini-Würfel bezeichnet. Obwohl dieses Puzzle etwas später erschien, wurde es keine komplizierte, sondern eine leichte Version des klassischen Würfels. Ein Anfänger wird in der Lage sein, seine Montage in nur 20-30 Minuten zu meistern.

Die Rätsellösung umfasst nur drei Stufen:

  1. Zusammensetzen der ersten Ebene - Sie müssen die Elemente des Würfels so kombinieren, dass sie auf der unteren Ebene alle dieselbe Farbe haben und ihre Seitenflächen paarweise mit den Farben übereinstimmen.
  2. Die Anordnung der Elemente der oberen Schicht. In diesem Stadium müssen Sie die Farbe der untersten Ebene bestimmen. Er ist nicht der einzige, der in der unteren Schicht anwesend ist. Platzieren Sie dann die Würfel der oberen Reihe in den Ecken, die den Farben an den Kanten des Elements entsprechen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Farbe an der richtigen Stelle ist.
  3. Drehung der Elemente der oberen Ebene - Es ist erforderlich, die Eckwürfel im oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, damit sie in die richtige Position gebracht werden und der Zauberwürfel zusammengesetzt wird.

Um die Würfel der unteren und oberen Ebene richtig anzuordnen, werden die folgenden Formeln verwendet:

  • Austausch diagonaler Elemente - WWFWP’V’F ’;
  • benachbarte Elemente neu anordnen - FVF’V’L’V’L.

So verschieben Sie die Flächen eines Elements:

  • im Uhrzeigersinn - FN²F’P’N²P;
  • gegen den Uhrzeigersinn - P’N²PFN²F ’.

3x3 puzzle

Um einen Rubik's Cube 3x3 zu sammeln, musst du sieben Stufen durchlaufen:

  1. Sammle das richtige Kreuz in der ersten Ebene. Das Kreuz der Elemente, welche Farbe zu sammeln ist, macht keinen Unterschied, aber viele bevorzugen es, mit einer weißen Farbe zu beginnen.
  2. Ordnen Sie die Ecken der ersten Ebene an, und die erste Würfelreihe wird zusammengesetzt.
  3. Platzieren Sie die Rippen der mittleren Reihe an ihren Stellen. Nach dieser Stufe werden zwei Schichten gesammelt.
  4. Montage des richtigen Kreuzes auf der untersten Ebene.
  5. Platzierung von Eckelementen an ihren Stellen, wobei die Farben ihrer Flächen der belegten Ecke entsprechen sollen, aber nicht unbedingt an Ort und Stelle sein müssen.
  6. Die letzte Phase besteht darin, die Eckelemente in die richtigen Positionen zu bringen.

Wenn Sie mit dem Zusammensetzen des Puzzles beginnen, ist es wichtig, den Würfel nicht in Ihren Händen zu drehen, um sich nicht in der Anordnung der Gesichter zu verlieren, die oben, rechts, hinten, links oder vorne sind.

Zauberwürfel 4x4

Die Lösung dieser Rätselvariante kann trotz ihrer großen Kapazität in weniger Schritten durchgeführt werden:

  1. Montage von Zentren - Sie müssen vier Elemente derselben Farbe in der Mitte jeder Fläche platzieren. Hierbei ist zu beachten, dass die Mittelpunkte dieses Würfels nicht festgelegt sind, dh Sie können unabhängig voneinander auswählen, welche Farbe sich gegenüber welcher befindet.
  2. Montage der Rippen. Zu diesem Zeitpunkt müssen Sie die Kantenflächen an ihren Positionen koppeln. Wenn alles richtig gemacht ist, erhalten wir danach einen Würfel, in dem nur die Eckelemente fehl am Platz sind.
  3. Eckenausrichtung und Parität. Wenn Sie Formeln für den Rubik's Cube 3x3 verwenden und nur die Außenkanten drehen, können Sie das Puzzle vollständig zusammensetzen. Allerdings kann zu diesem Zeitpunkt nicht alles so reibungslos verlaufen, dass möglicherweise Paritäten auftreten - Situationen, die in einem 3x3-Würfel unmöglich sind. Es kann vorkommen, dass nach ihrer Lösung die Harmonie der oberen Schicht ein wenig zerstört ist, es besteht kein Grund zur Sorge, die Algorithmen für die klassische Version des Puzzles helfen, sie in der erforderlichen Reihenfolge anzuordnen.

5x5 schnelle Puzzle-Montage

Die große Kapazität des Puzzles wirkt sich nicht wesentlich auf den Algorithmus zum Lösen aus. Die Schritte sind dieselben:

  1. Zuerst sammeln wir die Mitten von neun zentralen Würfeln derselben Farbe auf jeder Fläche. Um diese Phase durchzuführen, ist es überhaupt nicht erforderlich, Formeln auswendig zu lernen, da das Verstehen des Prozesses die Aufgabe erheblich vereinfacht und in gewöhnliche Punkte verwandelt.
  2. Wir sammeln und ordnen an ihren Stellen die Dreifachen der Rippenflächen an. Um dieses Problem zu lösen, müssen die zentralen Ebenen nicht gedreht werden. Alle Manipulationen sollten nur mit den externen erfolgen.
  3. Wenn sich herausstellt, dass mit Ausnahme von zwei Kanten, die nicht ersetzt werden können, alle Kanten gesammelt wurden, spricht man von Parität. Erst nach der Lösung können wir mit der Endmontage fortfahren.

Der schnellste Weg. Jessica Friedrich Methode

Diese Methode der Hochgeschwindigkeitsmontage wird am häufigsten von Speedcubern verwendet, wird jedoch nicht empfohlen, wenn Sie als Anfänger den schrittweisen Algorithmus lernen möchten, um das Prinzip des Puzzles zu verstehen.

Um die Jessica Friedrich-Methode zu beherrschen, müssen Sie sich bis zu 119 (!) Algorithmen merken, die in den folgenden Schritten verwendet werden:

  1. Anordnung der Elemente im richtigen Kreuz auf der Anfangsseite, im Durchschnitt kann dieses Problem in sieben Zügen gelöst werden.
  2. Wiederherstellen der Position der Elemente der ersten und zweiten Schicht durch Anordnen von vier Seitenwinkelpaaren. Um jedes Paar auf die entsprechende Seite zu legen, müssen Sie durchschnittlich sieben Züge machen.
  3. Ausrichtung der verbleibenden nicht zusammengesetzten Ebene, wenn Kanten und Ecken so gedreht werden, dass sie mit der Farbe der letzten Fläche nach oben schauen. Um dieses Problem zu lösen, müssen Sie siebenundfünfzig Permutationen beherrschen.
  4. Verschieben von Elementen in der letzten Ebene, für die Sie weitere 21 Algorithmen beherrschen müssen. Nach durchschnittlichen Schätzungen ermöglicht die Jessica-Friedrich-Methode das Lösen des 3x3-Puzzles in 56 Zügen.

Wie man einen Zauberwürfel mit geschlossenen Augen sammelt

Wenn Ihre Fähigkeiten ausreichen, um stabile Ergebnisse zu erzielen, indem Sie den Zauberwürfel in einer Minute mit offenen Augen lösen, können Sie eine neue Stufenblind-Baugruppe meistern. Dabei steht nicht die Lösung des Puzzles als solche im Vordergrund, sondern die Erinnerung an die Anordnung neu angeordneter Elemente auf den Flächen.

Bei Speedcubing-Wettbewerben umfasst die Montagezeit für Blinde nicht nur die Zeit für die direkte Manipulation des Würfels, sondern auch die Zeit für dessen Prüfung.

Speedcubers verwenden häufig die Roman Room-Methode, die auch als Palace oder Cicero's Road bezeichnet wird. Das Wesentliche der Methode ist, dass ein Raum oder eine bekannte Route in der Vorstellung neu erstellt wird und Konzepte (in unserem Fall die Position von Puzzleelementen) an Objekte im Raum oder entlang der Straße gebunden werden. Während Sie das Rätsel lösen, müssen Sie nur noch die vertraute Straße (oder den vertrauten Raum) entlanggehen und die Elemente an ihren Platz stellen.

Sie sollten sich nicht ärgern, wenn Sie den Zauberwürfel zum ersten Mal nicht mit verbundenen Augen einsammeln, denn selbst mit dem Tastsinn gelingt es praktisch niemandem, dieses Problem zu lösen, ohne das erste Mal zu trainieren.

Wem gehört der schnellste Build-Rekord?

Um einen Rubik's Cube schnell zusammenzusetzen, müssen Sie nicht nur die Algorithmen zum Verschieben von Puzzleteilen an die gewünschten Positionen meisterhaft beherrschen. Dies erfordert auch meisterliche Geschicklichkeit und Schnelligkeit der Hände.

Für diejenigen, die dieses Puzzle zum ersten Mal zusammenbauen möchten, kann es einige Stunden bis einige Tage dauern, bis es gelöst ist. Der Australier Felix Zemdegs hat dieses räumliche Problem jedoch 2016 in nur 4,73 Sekunden gelöst. Dieses Ergebnis scheint beeindruckend, nur ist es nicht die Grenze der Geschwindigkeit des menschlichen Gehirns und der Hände, da bereits 2017 eine neue Leistung des fünfzehnjährigen amerikanischen Teenagers Patrick Pons verzeichnet wurde. Nur 4,69 Sekunden waren genug für ihn.

Jetzt ist es an der Zeit, Luft zu holen und herauszufinden, wem und was der Rekord für die Hochgeschwindigkeitsmontage des Zauberwürfels gehört. Derselbe Felix Zemdegs hat 2018 nicht nur seinen Rekord gebrochen, sondern auch den amerikanischen Nachwuchswissenschaftler, der das Rätsel in 4,22 Sekunden gelöst hat.