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DISKRETE MATHEMATIK
Erich Prisner
Sommersemester 2000

Beispiel Wahlregel: Kachelungen

Hier ist ein weiteres Beispiel dafür, daß man die Reihenfolge der Entscheidungen intelligent ansetzen muß um die Wahlregel gewinnbringend anwenden zu können: Wir wollen einen n × m Fußboden mit 1 × 1 Kacheln so bedecken, daß benachbarte Kacheln an der gemeinsamen Anstosskante verschiedene Farbe haben.

1) Haben wir nur zwei Sorten von Kacheln zur Verfügung, rote und blaue, so gibt es nur 2 Möglichkeiten: Die beiden farbvertauschten Schachbrettmuster.

Kachel1 2) Nun zur eigentlichen Aufgabe: Wir haben nur eine Sorte Steine zur Verfügung: Diagonal in blau und rot unterschiedene Kacheln. Auf wieviel verschiedene Arten läßt sich der Fußboden zulässig kacheln? Die Kachel ist offenbar plaziert, sobald wir entschieden haben, auf welches Feld die Kachel kommt, und welcher der vier Ecken die "blaue Ecke" der Kachel zu liegen kommt. Klickt man im untenstehenden Applet in eine Ecke eines Feldes, so wünscht man eine Kachel so zu plazieren. Möglich ist das, wenn in der Ecke des Feldes ein kleiner blauer Kreis liegt. Schon gesetzte Kacheln werden durch einen weiteren Klick darauf wieder entfernt.
Offenbar verringern schon gesetzte Kacheln die Möglichkeiten der Nachbarfelder. Setzt man jetzt ganz wild, wird es unmöglich, die Situation zu analysieren. Man könnte etwa zuerst alle schwarzen Felder eines imaginären Schachbrettmusters besetzen. Dann hat man für etwa die erste Hälfte der Setzungen immer 4 Möglichkeiten, leider enstehen in den meisten Fällen Felder ohne Möglichkeiten.

Leider zeigt Ihr Brouwser keine Java Applets an.

Die Situation ist am einfachsten zu analysieren, wenn man die Kacheln zeilenweise von links oben bis rechts unten setzt. für die erste Kachel der ersten Zeile gibt es 4 Möglichkeiten. Für die anderen Kacheln der ersten Zeile gibt es je 2 Möglichkeiten. In jeder weiteren Zeile gibt es 2 Möglichkeiten für die erste (linke) Kachel der Zeile, während wir für alle anderen Kacheln keine Wahl haben. Ist n die Zahl der Zeilen und m die Zahl der Spalten, so haben wir also 4 * 2m-1 * 2n-1 = 2n+m viele Möglichkeiten, in unserem Beispiel also 213 = 8192 viele.

Kachel2 3) Wieviel verschiedene zulässige Kachelungen gibt es, wenn man nur diese Sorte Kacheln hat?


Erich Prisner
erstellt im Juli 2000.