巧解九連環
外國文獻中把九連環叫做“Chinese Ring”,世界上一致公認它是人類所曾發明過的最奧妙的玩具之一。
九連環不知道是什麼時候發明的,由於年代久遠,缺乏史料,許多人都認為它大概來自民間。十六世紀的大數學家、在普及三次方程解法中作出了卓越貢獻的卡爾達諾在公元1550年(相當於我國明朝中葉)已經提到了九連環。後來,大數學家華利斯對九連環也作了精辟的分析。在明清二朝,上至所謂“士大夫”,下至販夫走卒,大家都很喜歡它。
九連環一般都用粗鉛絲製成,現在從事此道的民間藝人已經寥若晨星,我們隻好自己動手來做一個。它共有九個圓環,每一個環上都連著一個較細的鉛線直杆,各杆都在後一環內穿過,插在白鐵皮上的一排小孔裏。杆的下端都彎一小圈,使它們隻能在小孔裏上下移動,但脫不出來。另外再用粗鉛絲做一個雙股的釵。
玩這種遊戲的目的是要把九個環一個扣住一個地都套到釵上,或者從釵上把九個環都脫下來。不論是套上或脫下都不容易,要經過幾百道手續,還得遵循一定的規律,用數學的行話來說,就是有一套“算法”。
先介紹兩種基本動作。如果要把環套到釵上去,先要把環從下向上,通過釵心套在釵頭上,這一個動作除了第一環隨時可做外,其餘的環因為有別的環扣住,都無法套上。但有一點要注意,如果前麵有一個鄰接的環已經套在釵上,而所有其他前麵的環都不在釵上時,那麼,隻要把這一個在釵上的環暫時移到釵頭前麵,讓出釵頭,後一環就可以套上去,再把前一個恢複原位。
至於環從釵上脫下的基本動作,隻要把上麵的“上環”動作倒過來做就行了。
懂了這兩種基本動作之後,我們還要多加練習,要做到不論套上或脫下都能運用自如。現在可以看出,如果隻要套上第一環,隻須一步手續就行了。要套上第一、二兩環,可先上第一環,再上第二環,因此,一共需要二步。如果要上三個環呢。手續就更麻煩了。必須先上好第一和第二兩個環,還得脫下第一環,才能套上第三環,最後再上第一環,這樣,一共需要五步。(為了統一起見,每移動一個環算作一步。)當環數更多時,手續必然更繁,如果一旦弄錯,就會亂了套。幸而我國古代的研究家們早就考慮到了,他們根據古算的特色,創造了三句口訣:“一二一三一二一,釵頭雙連下第二,獨環在釵上後環。”(最後五步是一二一三一;脫環時最先五步是一三一二一。)
換句話說,移動的手續是,每八步可作為一個單元,其中的前七步一定是“一二一三一二一”,至於到底應“上”應“下”呢,這可依自然趨勢而定。即:原來不在釵上的應“上”,原來在釵上的應“下”。至於第八步則要看那時釵頭的情況而定:如果有兩環相連時,一定要脫下後一環;如果釵頭隻有單獨的一環時,一定要套上後一環。以上就是口訣的意思,“算法”的全部奧妙就都在這裏了。根據這三句口訣,解開或套上九個環,雖然有341步之多,也不費吹灰之力了。據我國古代小說記載,民間老藝人把九連環全部解開來,大約隻要五分鍾左右。