Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2 Rätsel ist gelöst

Rätsel, die zum Lösen einen größeren Zeitaufwand erfordern, wie z. B. schwierige Physik- und Matherätsel.

Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon apfelbaum2 » Sonntag 21. September 2014, 00:32

Hallo Rätselfreunde!

Ich habe hier einen Ausbau der ersten Nummer:

Im folgenden Nummer 1, das soll das hin-und-her-klicksen ersparen

Es existiert irgendwo auf der Erde eine ebene, quadratische Fläche mit 1 km Seitenlänge.
Diese Fläche ist spiegelglatt und unzerstörbar hart.
In der Mitte dieser Fläche steht ein Hochhaus mit 36 Etagen.
Etage 1 am Boden und 36 ist die höchstgelegene.
Alle Etagen haben den gleichen Höhenabstand zueinander, sind also gleichmäßig hoch.
Auch sind alle Stockwerke mit 20 x 20 Metern gleich groß und stehen allesamt zentral übereinander.
Jetzt gibt es 2 exakt gleiche Testkugeln, welche, wenn man eine davon ab einer gewissen Höhe fallenlässt, in alles kleine Teile zerspringt und somit zerstört ist.
Fällt diese Kugel aber aus geringerer Höhe, dann übersteht diese den Fall problemlos.
Mittels Fallversuchen aus den Hochhausetagen soll ermittelt werden, aus welchem höchstmöglichen Stockwerk die Testkugeln den Fall noch heile überstehen.
Dabei kann es vorkommen, dass die Kugel schon ab der untersten Etage zerspringt, bzw. den Fall aus der höchsten Etage übersteht. Das weiß man ja vorher nicht.
Somit ergibt sich für das zu ermittelnde, höchste Stockwerk die Antwortmöglichkeit: 0 (kein Stockwerk wird "überlebt"), 1, 2, 3, ... , 36.
Übersteht eine Kugel einen Fallversuch, dann kann man mit dieser noch weitere Versuche anstellen. Eine zerstörte Kugel ist nicht wiederverwendbar.
Spätestens, wenn alle Kugeln kaputt sind, sollte man das höchstmögliche Stockwerk wissen, weil man ja keine weiteren Versuche tätigen kann.

Wieviele Versuche benötigt man mindestens, um dieses höchstmögliche Stockwerk herauszufinden, bei welchem die Testkugeln eben nicht kaputt werden?
In welchen Stockwerken würdest du dann diese Versuche durchführen?


Aber im Gegensatz zur ersten Nummer, will ich nun bei gegebener Testkugelzahl und gegebener Versuchsanzahl die maximal prüfbare Etagenanzahl wissen.
Also, wieviele Etagen/Stockwerke lassen sich prüfen, wenn man 7 Testkugeln zur Verfügung hat und maximal 20 Versuche unternehmen darf?? (Alle anderen (ungeänderten) Bedingungen bleiben gleich wie in Nr. 1)

lg
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon Neuling » Sonntag 21. September 2014, 10:39

:schulterzuck:
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon apfelbaum2 » Montag 22. September 2014, 09:52

:genau:
So läufts. - Gratulation an Neuling!

*gelöst*

lg
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon Neuling » Montag 22. September 2014, 10:23

Hallo apfelbaum2!
Könntest du bitte deinen Lösungsweg skizzieren.
Ist ja schließlich 'ne harte Nuss und da errät man die Lösung nicht einfach so oder findet sie durch probieren.
Danke!
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon apfelbaum2 » Dienstag 30. September 2014, 19:59

Neuling hat geschrieben:[...] Könntest du bitte deinen Lösungsweg skizzieren. [...]
Danke!


Sicherlich, wird bald kommen. Tut mir Leid, dass ich nicht direkt die Lösung so posten kann, aber momentan fehlt mir die Zeit ein bisschen, weil ich grad zu studieren begonnen habe =)
Naja, aber ich werde es alsbald machen... Bestimmt.
lg
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon apfelbaum2 » Montag 6. Oktober 2014, 18:56

Hallo,
zu meiner Lösung:
Eins vorweg: Ich habs iwie nicht kürzer hinbekommen. Tut mir echt leid, aber ich denke so sollte es jeder verstehen:

Mehr ->
1. Hat man nur 1 Testkugel, dann sind die Versuche die maximalen Stockwerke.
Bsp.: 1 Versuch:
1 (-)

2 Versuche:
2 (-)
1 (-)

3 Versuche:
3 (-)
2 (-)
1 (-)

Man muss hier alle Stockwerke von unten weg testen…

2. Hat man jetzt 2 Testkugeln (TK), kann man zuerst quasi mit der ersten TK in größeren Schritten von unten weg herausfinden, wie groß die zu testende Einheit für die letzte TK ist. Weil man aber ja einen Versuch immer wieder benötigt für die 2. TK, werden die nächstfolgenden Einheiten für die nächste TK jeweils immer um 1 kleiner. Damit schöpft man das Maximum aus. Somit sieht das so aus:

Bild

Wie man vl. erkennt sind das nur die abgestuften Einheiten, von dem Fall mit 1er TK von vorher, übereinander und über jeder Einheit plus über dem gesamten ist ein Stockwerk (+) hinzugekommen für die zusätzliche TK.

Stuft man diese nun wieder ab, bis nur mehr 1 Stockwerk (und somit auch nur 1 Versuch) übrigbleibt:
(Im Folgenden sind die Abstufungen am Beispiel von vorher, mit 4 Versuchen, dargestellt)

Bild

3. Kommt jetzt noch eine Testkugel hinzu (also TK = 3), dann kann man einfach wieder diese abgestuften Einheiten von vorher übereinander stapeln und jeweils darüber, plus über dem Ganzen, ein Stockwerk hinzufügen (für die zusätzliche TK)…

Bild

Würde man nun diese große, Einheit mit 5 Versuchen und 3 TK testen, dann würde man am Anfang mit TK 1 von unten auf die (*)-Stockwerke gehen. Zerbricht TK 1, dann geht man mit TK 2 auf die (+)-Stockwerke, welche sich zwischen dem letzten getesteten (*)-Stockwerk (wo TK 1 zerbrochen ist) und dem vorherigen (*)-Stockwerk (wo TK 1 das letzte Mal heile geblieben ist) befinden. – Aber auch hier wieder von unten nach oben vorarbeiten… Zerbricht auch TK 2, dann entsprechend die (-)-Stockwerke noch testen, welche sich eben wieder zwischen den letzten getesteten 2 (+)-Stockwerken befinden.

Diese Abstufungen von TK 3 kann man wieder stapeln, zusätzliche Stockwerke hinzufügen und man hat den Aufbau für den Fall, dass man 4 TK hat. Und so weiter und so fort…

Jedenfalls sollte jeder sehen, dass hier ein System dahinter ist.

Ich habe das Ganze jetzt schematisch mit einer Excel-Tabelle aufgebaut:

Bild

In dieser Tabelle habe ich die maximale Stockanzahl abhängig von den Versuchen und Testkugeln dargestellt.
Roter Rahmen: Mit einem Versuch schafft man maximal 1 Stockwerk, unabhängig von der Anzahl der Testkugeln (logisch). – Deshalb ist die erste Zeile mit 1en ausgefüllt.
Grüner Rahmen: Mit einer Testkugel kann man maximal so viele Stockwerke testen, wie man Versuche hat (auch anfangs erklärt und logisch). – Deshalb stehen links die aufsteigenden Zahlen 1, 2, 3, … 20.
Die anderen Felder sind jeweils mit einer ähnlich aufgebauten Formel gefüllt.
Bsp.: 2 TK/5 Versuche:

Bild

Wie ich vorher erklärt habe, bestehen die Systeme aus den Aufreihungen der Abstufungen der vorhergegangen TK-Reihe mit je einem zusätzlichen Stockwerk über jeder Abstufung plus einem noch ganz oben.
Somit bilde ich immer die Summe aus den Abstufungen der vorangegangen TK-Reihe und zähle zusätzlich die Versuchsanzahl hinzu, weil dies genau den hinzugefügten Stockwerken über den Abstufungen und ganz oben entspricht.
Hier ein anderes Beispiel: 3 TK/6 Versuche:

Bild

Auch hier werden eben wieder die vorangegangen Abstufungen aufsummiert und zusätzlich die Versuche addiert (für die zusätzlichen Stockwerke) :arrow: entspricht genau der Anzahl der Stockwerke…
Legt man die Formel für die Stockwerke klug an, kann man sie über die gesamten, zuerst leerstehenden, Felder „ziehen“, damit alle Felder über die Formel ausgefüllt werden…
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon Neuling » Montag 6. Oktober 2014, 19:44

Wow und danke!
Mehr ->
Ich habe mir zur Lösung dieser Aufgabe die Tabelle von Hand erstellt.
Und um zu zeigen, dass die Erstellung gar nicht so schwer ist, wenn man das Prinzip verstanden hat, hier noch eine kleine Ergänzung (anhand deiner Exceltabelle):

Etagenrätsel 2 Tabelle.png
Etagenrätsel 2 Tabelle.png (75.51 KiB) 955-mal betrachtet

1. Spalte (hier B) ---> Aufsteigend 1, 2, 3, ...
Diagonale ----> (2ᶺn - 1)
Ein Feld (gelb) ergibt sich als Summe der beiden "darüberliegenden" Felder (grün) plus 1.

Man beginnt also in der linken oberen Ecke und kann Schritt für Schritt durch einfache Addition die Tabelle füllen.
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon Otmar » Montag 6. Oktober 2014, 23:29

apfelbaum2 hat geschrieben: Ich habs iwie nicht kürzer hinbekommen.

Ist ne ziemliche Rechnerei. Wenn ich mich nicht verschaut habe, habt ihr ca. hundert Summen gebildet. :schulterzuck:

Mehr ->
Basierend auf diesem Beitrag ist es nicht mehr schwer eine Formel mit einer kürzeren Summe für das Problem zu finden.

h(v,k) ist die Anzahl der Stockwerke bei maximal v Versuchen und k Kugeln:

hoehe.png
hoehe.png (8 KiB) 950-mal betrachtet

Damit kommt man auf das gleiche Ergebnis.
Liebe Grüße, Otmar.
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Re: Stockwerk/Etagen-Rätsel - 2

Beitragvon apfelbaum2 » Dienstag 7. Oktober 2014, 00:43

Ich finde solche Rätsel, welche soo ne Art "Dimensionen" haben geil. z.B. hier bei diesem da. Mit ein paar mehr Versuchen und TK erreicht man einen soo brutalen Stockwerkszuwachs. In dieser Aufgabe kann man voll versinken/abtauchen, ich liebe es.
Lg
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