Feladat: Gy.2648 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Botka Eszter ,  Csörnyei Marianna ,  Dienes Péter ,  Futó Gábor ,  Gefferth András ,  Győry Máté ,  Kemény Dániel ,  Komócsi Sándor ,  Kovács Gergely ,  Kuba András ,  Lente Gábor ,  Marx Gábor ,  Molnár Balázs ,  Párniczky Benedek ,  Pete Gábor ,  Piróth Attila ,  Reiff Ádám ,  Szeidl Ádám ,  Veres Gábor 
Füzet: 1991/május, 209 - 210. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Gráfok összefüggősége, Koordináta-geometria, Indirekt bizonyítási mód, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1990/október: Gy.2648

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A válasz: nem.
Helyezzük el a Rubik-kockát egy Descartes-féle derékszögű koordináta-rendszerben oly módon, hogy a merőleges oldalélek illeszkedjenek egy-egy tengelyre, és válasszuk a kocka egy kis négyzetének élhosszát 1-nek Ekkor a kocka csúcsainak koordinátái (x,y,z) alakúak, ahol x,y és z egymástól függetlenül a 0 és a 3 értékeket veszik fel.
Vegyük szemügyre a koordináták megváltozását, miközben egy kis négyzet egyik csúcsából az átló mentén átlépünk a szemközti csúcsba. Mivel az átló egy lapon van, egy koordináta változatlan marad, a másik kettő pedig 1-gyel változik: nő, vagy csökken. A koordináták összege ezért páros számmal változik.
Ha tehát összefüggő útvonalat szeretnénk készíteni az átlók mentén, akkor ehhez a lapokat borító kis négyzeteknek csak olyan csúcsait használhatjuk fel, amelyek 3 koordinátájának összege egyező paritású. Másrészt minden ilyen csúcson át kell haladnunk, mert minden kis négyzetnek pontosan 2 azonos paritású csúcsa van, így az adott kis négyzet átlóját a megfelelő paritású csúcspáron át kell megrajzolnunk. Ezért akár páros, akár páratlan koordinátaösszegű csúcsokon keresztül szeretnénk megrajzolni a zárt töröttvonalat, mindenképpen át kell haladnunk a kocka valamelyik csúcsán (hiszen ezek között vannak páros és páratlan koordinátaösszegű pontok is). Ez pedig lehetetlen, hiszen a kocka minden egyes csúcsa három kis négyzet csúcsa; ha egyszer áthaladunk a csúcson, akkor két kis négyzet átlóját rajzoljuk be; a harmadik átló berajzolása után viszont már nem lehet továbbhaladni. A feladatnak tehát valóban nincs megoldása.

 

Megjegyzés. A bizonyítás nem használja ki, hogy a töröttvonal nem metszheti önmagát. Ezen túl az esetleges nyílt töröttvonal kérdésére is választ ad, ha meggondoljuk, hogy mindkét féle (páros, ill. páratlan koordináta-összegű) csúcsból éppen 4 van a kockán. A feltételezett nyílt töröttvonalnak így a fentiek szerint 4 végpontja lenne, ami lehetetlen. Nem létezik tehát olyan nyílt töröttvonal sem, amely az átlók mentén járja be a kocka lapjait alkotó kis négyzeteket.
 

 Reiff Ádám (Szolnok, Verseghy F. Gimn., III. o. t.) megoldása alapján