Тайны чисел: Математическая одиссея

Архимедовы тела сами по себе не будут честными игральными костями, но их можно использовать для построения различных форм, которые предоставят на выбор азартных людей новые игральные кости. Ключевым является понимание того, что, хотя в Архимедовом теле грани могут быть разными, вершины в нем одинаковы. Далее используется прием под названием дуальность, переводящий вершины в грани и наоборот. Чтобы представить, какой будет грань у дуального (двойственного) многогранника, вообразите листы картона, помещенные в каждой вершине, затем нужно проследить за пересечением различных листов. Каждый лист картона должен быть ориентирован так, что он перпендикулярен линии, проходящей из центра формы в данную вершину. Например, дуальным многогранником к додекаэдру будет икосаэдр (рис. 3.06).

Рис. 3.06

Процедура применения этого приема к Архимедовым телам приводит к 13 новым игральным костям. У классического футбольного мяча 60 вершин, и у игральной кости, получающейся при замене каждой вершины гранью, будет 60 граней, каждая из которых имеет форму не равностороннего, а равнобедренного треугольника (то есть только две стороны равны). Хотя этот многогранник, дуальный к классическому футбольному мячу, и не является Платоновым телом, каждая его грань имеет равный шанс 1 из 60 выпасть после подбрасывания, поэтому он будет честной игральной костью. Его техническое название пентакисдодекаэдр (рис. 3.07).

Рис. 3.07

Любое из Архимедовых тел может быть сходным образом использовано для создания новой игральной кости. Наверное, самым впечатляющим является гекзакисикосаэдр. Поразительно, что даже с его 120 гранями, каждая из которых представляет неравносторонний прямоугольный треугольник, он будет другой честной игральной костью.

Бесконечные семейства игральных костей получаются благодаря обобщению идеи слепления вместе двух пирамид, основания которых могут иметь какое угодно число ребер. Хотя математики сумели разобраться во всем диапазоне честных игральных костей, у которых имеется симметрия, несимметричные формы, из которых получаются честные кости, по-прежнему окутаны тайной. Например, если я возьму октаэдр и обрежу немного одну вершину, а также противоположную ей вершину, то появятся две новые грани. Если я подкину эту форму, маловероятно, что она приземлится на одну из этих новых граней. Однако, если я отрежу бо́льшие куски от двух вершин, одна из двух новых граней скорее окажется внизу, чем восемь остающихся граней. Значит, должно быть некое промежуточное положение, когда при обрезании двух углов каждая из двух новых граней и первоначальных восьми будет выпадать с равной вероятностью, что создаст честную игральную кость с десятью гранями.

У этой формы не будет какой-либо приятной симметрии, как у игральных костей, получающихся из Архимедовых футбольных мячей, но она также будет честной игральной костью. Как свидетельство того, что у математики нет ответов на все вопросы, упомяну, что мы все еще не провели классификацию форм, которые представляют собой честные игральные кости, полученные подобным образом.

Как математика помогает выиграть в «Монополию»

«Монополия» кажется довольно случайной игрой. Вы подкидываете два кубика и мчитесь по игровому полю на машине либо расхаживаете в цилиндре. Где-то вы покупаете собственность, а где-то строите отели. То и дело вы можете занять второе место в конкурсе красоты благодаря карте из благотворительного фонда города, либо вам приходится раскошелиться на £ 20 за «вождение в пьяном виде». Всякий раз, когда вы проходите поле GO, вы пополняете свои карманы на £ 200. И каким же образом математика может дать вам преимущество в такой игре?

На каком поле участники чаще всего оказываются в ходе игры? Будет ли им поле GO, где вы стартуете, либо находящаяся от него по диагонали «Бесплатная автостоянка», а может быть, Оксфорд-стрит или район Мейфэр в лондонском издании «Монополии»? Но на самом деле ответом будет поле «Тюрьма». Почему? Что же, вы можете подкинуть кубики и оказаться на поле «Просто посетить» (Just Visiting) либо очутиться на расположенном от него по диагонали поле, где полицейский скажет вам «Отправиться в тюрьму». Вам также может не повезти, и доставшаяся случайная карта предпишет отправиться прямиком в тюрьму. И это отнюдь не все возможности оказаться в заключении. Если вы выбросите дубль, то опять-таки нужно отправляться туда. Если вы выбросите три дубля подряд, то вас вовсе не наградят за это впечатляющее достижение в кидании игральных костей, а накажут тюремным сроком на три хода.

В результате этих обстоятельств игрок в среднем оказывается на поле «Тюрьма» в три раза чаще, чем на большинстве других полей игрового поля. Пока это не слишком-то помогает, ведь «Тюрьму» нельзя купить. Но именно сейчас математика выдвигается вперед: где игроки скорее всего окажутся после срока в тюрьме? Ответ определяется наиболее вероятным броском костей.