Beetbepflanzung Rätsel ist gelöst

Alle Rätsel, die ein wenig Nachdenken erfordern.

Re: Beetbepflanzung

Beitragvon Otmar » Donnerstag 11. April 2013, 23:12

@Neuling
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Neuling hat geschrieben:Habe gleich Deine Grafik benutzt. Einer von uns beiden hat "unsauber" gezeichnet, denn eigentlich müsste es deckungsgleich sein. Für die Höhe brauche ich die 3,5 Meter, aber für die Breite nur 3,464 Meter. Letzteres ergibt sich aus 4 Höhen im gleichschenkligen Dreieck mit Kantenlänge 1.
1² - (0,5)² = 0,866
0,866 * 4 = 3,464

Wir haben beide das gezeichnet, was wir zeichnen wollten. Du wolltest gleichseitige Dreiecke zeichnen und ich nicht. Denn die Lösung mit dem größten Spielraum für den Gärtner ist nunmal etwas anders als die mit gleichseitigen Dreiecken. Und zugegeben, ich habe diesen Sachverhalt stark überzeichnet, dass er überhaupt auffällt und meine Grafik Skizze genannt.

Aus dem gleichen Grund, habe ich meine zweite Grafik auch so groß gemacht, wie sie ist. Klicke mal rein, dann sind die Scrollbars weg und du siehts sie in voller Schönheit auf dem Bildschirm. Das Ziel war, dass man den Unterschied zwischen der optimalen Lösung und der z.B. von Friedel vermuteten optimalen Lösung besser sieht. Auch hier sind die entstandenen Abstände zwischen den Kreisen überzeichnet.

Neuling hat geschrieben: Deine erste "Berechnung" verstehe ich mal wieder nicht.
:schade:
Was verstehst du daran nicht?

Neuling hat geschrieben:Interessanterweise entspricht aber dieses Ergebnis genau der optimalen (minimalen) Seitenlänge des Quadrates, für das eine 20 - Punkteverteilung möglich ist. Aber kann man das denn hieraus herleiten?

Die Berechnung zeigt natürlich nur, dass diese Verteilung möglich ist und wie die Rosen dafür angeordnet werden müssen. Sie beweist nicht, dass es keine bessere gibt. Das ist viel komplizierter und erst mit den computergestützten Methoden an der ETH Zürich gelungen.
Neuling hat geschrieben:Und "last not least" weiß ich auch, dass für 19 Punkte mindestens eine Quadratseitenlänge von 3,448 Metern erforderlich ist.

Woher weißt du das? In der von mir angegebenen Quelle, und das dortige Polynom hatte ich sogar nachgerechnet, kommen 3,453715 Meter für das kleinste Beet mit 19 Rosen raus. Der angegeben Artikel ist eigentlich der wissenschaftliche "Durchbruch" für dieses sehr schwierige Optimierungsproblem. Darum frage ich nach. Ich hab auch die Angaben in http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/packing/csq/csq.html und http://en.wikipedia.org/wiki/Circle_packing_in_a_square umgerechnet. Auch dese beiden Artikel liefern 3,4537 Meter für 19 Rosen. Da hab ich wirklich starke Zweifel, an deiner Quelle.

Neuling hat geschrieben:Wie diese Lösung allerdings aussieht, weiß ich nicht.

Na ja, so wie in meinen Grafiken. Wir haben die zweite Grafik ja jetzt auch etwas kleiner. :D. Wenn dich die Überzeichnung stört, kannst du auch in http://en.wikipedia.org/wiki/File:Circles_packed_in_square_20.svg nachsehen. Da sieht man die Abweichung von der Rosette maßstabsgetreu und entspechend schlecht.
Liebe Grüße, Otmar.
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Re: Beetbepflanzung

Beitragvon Neuling » Freitag 12. April 2013, 08:49

Hallo Otmar!
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Auf Deinen letzten Kommentar gehe ich später noch ein.
Hier nur schnell der Link zu dem Artikel, der mir die Anregung zu dieser Aufgabe gab und aus dem ich die genannten Zahlen habe.

http://users.minet.uni-jena.de/~schmitz ... alpha4.pdf

Gruß Neuling
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Re: Beetbepflanzung

Beitragvon Neuling » Freitag 12. April 2013, 15:40

Hallo Otmar!
Kleine Ursache - große Wirkung.

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Wenn, wenn, wenn, ...
Wenn Du nicht mit den 4 cm angefangen hättest, hätte ich die Quadratseitenlänge für 19 Punkte gar nicht erwähnt. Und dass dieser Artikel, aus dem ich diese Zahlen habe, schon von 1985 ist - dem hatte ich bis dato keine Bedeutung beigemessen.
Die Verteilung von 20 Punkten konnte ich auf kariertem Papier nachvollziehen - mit gleichseitigen Dreiecken und die Berechnung mit 4 mal der Höhe, habe ich gerade noch so hinbekommen. :) Alles weitere übersteigt meinen Horizont.

Ich habe doch geglaubt, dass Du in Deiner ersten Berechnung die "Breite" des Beetes ausrechnen wolltest und da ich Deinen Ansatz nicht verstanden hatte, habe ich gleich "zugemacht". Erst durch Deinen weiteren Kommentar habe ich erkannt, dass Du schon beim Optimieren warst. Und erst durch Deinen Hinweis mit dem "Runterdrücken" habe ich verstanden, wie das funktionieren kann. Nachträglich verstehe ich jetzt auch Deine erste Rechnung - Danke!

Dass man duch den Klick auf die Grafik den Balken wegbekommt, muss man einem Laien wie mir ersteinmal erklären. Ich habe dies nicht gewusst. Wieder etwas dazugelernt - Danke. Trotzdem ist mir manche Grafik zu wuchtig - habe nur einen kleinen Laptop mit entsprechend kleiner Bildfläche. Aber das ist dann wohl mein Problem. Kann die Grafik ja rauskopieren und auf die gewünschte Größe verkleinern.

Und noch eine andere Sache muss ich lernen, besser zu beachten. Längere Antworten kopiere ich mir heraus, weil ich sie meist nicht auf Anhieb verstehe und sie wieder und wieder lesen muss, bis der Groschen fällt. Inzwischen hast Du Deinen Kommentar "verbessert" und manche Dinge sind dann eigentlich sofort einleuchtend.
(z.B. "von oben auf die beiden mittleren Reihen" - konnte ich nicht verstehen, "von oben auf die zweite und vierte Reihe" - na klar!) Wenn ich einmal rauskopiert hatte (und das geschah manchmal schon, während Du noch
schriebst(?) :schulterzuck: - geschrieben hast), habe ich meist nicht mehr "zurückgeschaut". (Dies war und ist oft mein Fehler.)

So, für mich hake ich diese Aufgabe jetzt ab.

LG Neuling
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Re: Beetbepflanzung

Beitragvon Otmar » Freitag 12. April 2013, 22:57

Hallo Neuling,
danke für deine Antwort. Jetzt bin ich aber froh, dass ich mir die Mühe mit den Erklärungen und Zeichnungen nicht umsonst gemacht habe. :D

Super, dass du deine Quelle verlinkt hast. Ist ja eine echte Rarität! Aber man sieht auch, dass früher der Wissensaustausch nicht so schnell ging. Der Artikel erschien 1985 aber schon 1979 wurde die optimale Lösung für das 10 Kreise-Problem mit einem kleineren Abstand als 5/12 publiziert. Und obwohl diese Lösung mathematisch was ganz besonderes ist, weil sie keinerle Symmetrie hat, haben es die Autoren in über 5 Jahren nicht erfahren.

Mit dem Internet haben wir es heute viel leichter.

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Wahrscheinlich handelt es sich bei der angegebenen Zahl 0,290 für den minimalen Abstand von 19 Punkten im Einheitsquadrat um eine auf 3 Dezimalziffern gerundete Lösung x der Gleichung:

242 x^10 - 1430 x^9 - 8109 x^8 + 58704 x^7 - 78452 x^6 - 2918 x^5 + 43315 x^4 + 39812 x^3 - 53516 x^2 + 20592 x - 2704 = 0

Die Gleichung hat ja mehrere Lösungen, wobei die Lösung zwischen 0 und 1 die exakte Lösung des minimalen Abstandes von 19 Punkten im Einheitsquadrat ist. Ich hab mir natürlich auch nicht die Mühe gemacht diese Gleichung herzuleiten, obwohl mein Algebra Programm das vielleicht schnell erledigen würde. Aber ich hab mal eine numerische Lösung gestartet. Mit mehr Dezimalziffern kommt dann 0.289542 raus. Offenbar haben die Autoren in der ALPHA aufgerundet, was an dieser Stelle nicht ganz optimal ist.

Aber das hat nicht unbedingt was mit dem Alter des Artikels zu tun. Denn noch schlimmer steht es in der englischen Wiki:

Da steht 0.290... . Und wer würde bei dieser Angabe nicht vermuten, dass der Abstand sogar größer als 0,290 sein darf. Wenn man aber dort den ersten Wert L= 8.907... auf das Rosenproblem umrechnet, kommt man auf L/2-1 = 3.4535 oder für den Abstand 0.289561 jeweils mit den angegebenen Dezimalziffern gerechnet. Wenn möglich versuche ich deshalb auf Dezimaldarstellung zu verzichten. Am liebsten sind mir, ganze Zahlen, Brüche und Quadratwurzeln. Ein Polynom zehnten Gerades zur Definition einer Zahl ist selbst mir etwas zu genau :D
Liebe Grüße, Otmar.
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