ハノイの塔に潜む算数

変化と関係

ハノイの塔とは?

こんにちは、金輪際ポコ次郎です。日本を世界一、算数好きな国にするために毎日頑張っています。

ポコ次郎
ポコ次郎

頑張るのじゃ!

突然ですが、ハノイの塔というおもちゃがあります。
今回はこれを使って算数を学んでいきましょう。

ましゅまろ
ましゅまろ

うーん、
気が進まないなぁ

ポコ次郎
ポコ次郎

どうしたんじゃ

ましゅまろ
ましゅまろ

せっかく塔なんだから
もっとオシャレなのがいいな

ましゅまろ
ましゅまろ

エッフェル塔
東京タワー
スカイツリーとか!

ポコ次郎
ポコ次郎

まぁ、なんでもええわい…

ハノイの塔のルール

円盤を他の棒に移動させることができればクリア

・円盤は1枚ずつ動かすことができる
・動かした円盤はそれより大きな円盤の上に乗せる
・動かした円盤は3本の柱のどれかに差す

↑わかりやすい図

ドーナツ型の円盤を一つずつ動かして、他の棒に移し替えるゲームです、単純なルールですが、なかなか奥深く、世界中に愛好家がいるとかいないとか。

ちなみに私も愛好家の一人です。

円盤が2つでは?

ましゅまろ
ましゅまろ

おもしろそう
早くやってみたい!

ポコ次郎
ポコ次郎

うむ、まずは2つの円盤で
やってみようかの

円盤が2つの場合で考えてみます。

左の棒に入っている円盤を、右にうつしかえることが目的です。

①上の円盤を中央に動かす。

ましゅまろ
ましゅまろ

あれ?右にうつしたいのに
なんで真ん中におくの?

ポコ次郎
ポコ次郎

いい質問じゃ。
これが後に活きるのじゃ

②下の円盤(緑)を右に動かす

ましゅまろ
ましゅまろ

おお!わかった!
青を右に持っていけばクリアだ!

ポコ次郎
ポコ次郎

おお!
正解じゃ!!

③最初の円盤(青)を右に動かす

これでクリアとなります。
3回動かすことで移すことができました。

ポコ次郎
ポコ次郎

3手が最少の手数じゃ!

円盤が3つでは?

3つの円盤を右に移しますます。
最少で何回動かせばいいでしょうか?

ましゅまろ
ましゅまろ

なるほど
一番少ない回数を調べるんだね

もちろん、100回以上動かしてようやく成功することもハノイの塔の楽しみ方です。しかし、今回は最少の手数を考えていきましょう。

ポコ次郎
ポコ次郎

一緒に考えるのじゃ

①水色を右に動かす

②黄緑を中央に動かす

③水色を黄緑の上にのせる。
(2つの山が完成)

④ピンクを右に動かす。
(土台が完成)

ポコ次郎
ポコ次郎

あとは、二つの山を
右に移動させるだけじゃ!
何手かわかるな?

ましゅまろ
ましゅまろ

2つの山ってことは…
もしかしてあと3手?

一度、ここまでを振り返りましょう。

まず、2つの山を中央につくりました。(3手)

次にピンクを右に持っていきました。(1手)

これから、2つの山を右に持っていきます。
(たぶん3手?)※ましゅまろ説

⑤水色を左に動かす。

⑥黄緑を右にのせる。

ましゅまろ
ましゅまろ

もう少しだ!

⑦青を右にのせる。
(完成!)

ポコ次郎
ポコ次郎

これでクリアじゃ!
3つの山は7手じゃったの

円盤が4つでは?

それでは、円盤が4つではどうでしょうか?
最少で何手動かせば移せますか?

ましゅまろ
ましゅまろ

なにかきまりがあるのかな

4つの山を右にもっていきます。

まず、3つの山を中央にもっていくと考えてみて下さい。

3つの山の移動なので、7手で移すことができます

ポコ次郎
ポコ次郎

3つの山の手を使うのじゃ!

ましゅまろ
ましゅまろ

昔の敵キャラが
仲間になるみたい!

ポコ次郎
ポコ次郎

…???

ましゅまろ
ましゅまろ

おれがいつ仲間と
言ったんだ、カカロット

次に、黄色の土台です。

これを右に動かすので1手。

□で囲まれている3つの山を・・・

また右に動かすわけだから・・・

ましゅまろ
ましゅまろ

また7手かかるんだ!!

ポコ次郎
ポコ次郎

ということじゃ。

4つの山は、

(3つの山)+(土台)+(3つの山)
=7+1+7=15手

となります。

ましゅまろ
ましゅまろ

言われてみればだけど、
なんかすごいね。

円盤が5つでは?

これも、同じように考えます。

4つの山をまん中に動かす。

これは15手でしたよね。

次に、緑の土台を右にうつす。

これで1手

最後に、4つの山を右にうつす

これも15手

15+1+15=31

31手となります。

円盤がもっと増えたら?

ポコ次郎
ポコ次郎

もし、円盤が7枚や
10枚になったらどうする?

ましゅまろ
ましゅまろ

そんなの
考えたくもないだよ

ポコ次郎
ポコ次郎

甘えるでない!
算数を使って考えるのじゃ!!!

変化のきまりを表で調べてみましょう。

手数が1→3→7→15と増えていますね。

ましゅまろ
ましゅまろ

あ、増える数字が
+2、+4、+8ってなってる
次は+16かな??

ポコ次郎
ポコ次郎

増え方のきまりは
×2+1と見ることもできる

ましゅまろ
ましゅまろ

4つ山は、
(3つの手数)+1+(3つの手数)
だったもんね

このように見ていけば、7つの山のときは127手が最少
10の山のときは1023手が最少だとわかります。

ポコ次郎
ポコ次郎

表にして
きまりわかれば
数わかる

ましゅまろ
ましゅまろ

ポコ次郎
心の一句

今回はハノイの塔の規則を算数の目で調べましたが、最少を考えずに遊ぶのが一番楽しいです!アプリにもなっていますので、ぜひハノイの塔を体験し、その面白さに触れてみてください!

意外と算数嫌いな子どもも夢中になってやりますよ!

それでは、ありがとうございました!

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