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Administratives Ein Beispiel Eine kleine Wiederholung

DIE TÜRME VON HANOI

Die”Türme von Hanoi“(nach Edouard Lucas, 1883): Gegeben ist ein Turm mit acht Scheiben auf drei Stäben:

A B C

Aufgabe: Bewege die Scheiben von A nach C, wobeinieeine größere über einer kleineren Scheibe liegen darf.

11

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DIE TÜRME VON HANOI

Die”Türme von Hanoi“(nach Edouard Lucas, 1883): Gegeben ist ein Turm mit acht Scheiben auf drei Stäben:

A B C

Aufgabe: Bewege die Scheiben von A nach C, wobeinieeine größere über einer kleineren Scheibe liegen darf.

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Administratives Ein Beispiel Eine kleine Wiederholung

DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“ Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“ Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“ Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“ Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“ Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“

Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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DIE TÜRME VON HANOI(II) Angeblich gibt es eine Legende:

Es gibt einen Turm mit64Scheiben aus Gold, die auf Stäben aus Diamant ruhen

Priester bewegen jeden Tag eine Scheibe nach folgenden Schema:

Wenn Du den Turm der Höhenvon X über Y nach Z bewegen sollst, dann

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von X über Z nach Y zu bewegen,

verschiebe die letzte Scheibe von X nach Z und

gib Deinem ältesten Lehrling den Auftrag einen Turm der Höhen−1von Y über X nach Z zu bewegen.“

Ist die Arbeit getan, dann geht die Welt unter.

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WIE LANGE HABEN WIR NOCH ZU LEBEN?

Idee: Analysiere das Problem allgemein fürnScheiben und ermittle wieviele Bewegungen notwendig sind.

Idee: Probiere für kleinendie Anzahl der Scheibenbewegungen einfach aus. Abkürzung: [n,X,Y,Z]bedeutet

”bewege einen Turm der Höhe nvonXüberYnachZ.

n # Bewegungen

n = 0 0

n = 1 1

n = 2 3

n = 3 7

SeiT:NN, dann istT(n)die Anzahl der notwendigen Bewegungen bei einer Turmhöhe vonn.

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WIE LANGE HABEN WIR NOCH ZU LEBEN?

Idee: Analysiere das Problem allgemein fürnScheiben und ermittle wieviele Bewegungen notwendig sind.

Idee: Probiere für kleinendie Anzahl der Scheibenbewegungen einfach aus.

Abkürzung: [n,X,Y,Z]bedeutet

”bewege einen Turm der Höhe nvonXüberYnachZ.

n # Bewegungen

n = 0 0

n = 1 1

n = 2 3

n = 3 7

SeiT:NN, dann istT(n)die Anzahl der notwendigen Bewegungen bei einer Turmhöhe vonn.

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WIE LANGE HABEN WIR NOCH ZU LEBEN?

Idee: Analysiere das Problem allgemein fürnScheiben und ermittle wieviele Bewegungen notwendig sind.

Idee: Probiere für kleinendie Anzahl der Scheibenbewegungen einfach aus.

Abkürzung: [n,X,Y,Z]bedeutet

”bewege einen Turm der Höhe nvonXüberYnachZ.

n # Bewegungen

n = 0 0

n = 1 1

n = 2 3

n = 3 7

SeiT:NN, dann istT(n)die Anzahl der notwendigen Bewegungen bei einer Turmhöhe vonn.

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WIE LANGE HABEN WIR NOCH ZU LEBEN?

Idee: Analysiere das Problem allgemein fürnScheiben und ermittle wieviele Bewegungen notwendig sind.

Idee: Probiere für kleinendie Anzahl der Scheibenbewegungen einfach aus.

Abkürzung: [n,X,Y,Z]bedeutet

”bewege einen Turm der Höhe nvonXüberYnachZ.

n # Bewegungen

n = 0 0

n = 1 1

n = 2 3

n = 3 7

SeiT:NN, dann istT(n)die Anzahl der notwendigen Bewegungen bei einer Turmhöhe vonn.

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WIE LANGE HABEN WIR NOCH ZU LEBEN?

Idee: Analysiere das Problem allgemein fürnScheiben und ermittle wieviele Bewegungen notwendig sind.

Idee: Probiere für kleinendie Anzahl der Scheibenbewegungen einfach aus.

Abkürzung: [n,X,Y,Z]bedeutet

”bewege einen Turm der Höhe nvonXüberYnachZ.

n # Bewegungen

n = 0 0

n = 1 1

n = 2 3

n = 3 7

SeiT:NN, dann istT(n)die Anzahl der notwendigen Bewegungen bei einer Turmhöhe vonn.

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN

Klar:T(0) = 0,T(1) = 1,T(2)3undT(3)7.

Mit der

”Arbeitsbeschreibung“ ergibt sich:

T(n)2T(n1)

| {z }

Lehrling“

+1, n >0

Unklar:T(n)= 2T(n? 1) + 1(bessere Strategie?) Aber es sind mindestens

→ eine Scheibenbewegung durch den Meister

→ und zweimalT(n1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.

Also gilt :T(n) = 2T(n1) + 1(

”Rekurrenzgleichung“). Test:T(3) = 2T(2) + 1 = 4T(1) + 3 = 8T(0) + 7

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN

Klar:T(0) = 0,T(1) = 1,T(2)3undT(3)7.

Mit der

”Arbeitsbeschreibung“ ergibt sich:

T(n)2T(n1)

| {z }

Lehrling“

+1, n >0

Unklar:T(n)= 2T(n? 1) + 1(bessere Strategie?) Aber es sind mindestens

→ eine Scheibenbewegung durch den Meister

→ und zweimalT(n1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.

Also gilt :T(n) = 2T(n1) + 1(

”Rekurrenzgleichung“). Test:T(3) = 2T(2) + 1 = 4T(1) + 3 = 8T(0) + 7

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN

Klar:T(0) = 0,T(1) = 1,T(2)3undT(3)7.

Mit der

”Arbeitsbeschreibung“ ergibt sich:

T(n)2T(n1)

| {z }

Lehrling“

+1, n >0

Unklar:T(n)= 2T(n? 1) + 1(bessere Strategie?)

Aber es sind mindestens

→ eine Scheibenbewegung durch den Meister

→ und zweimalT(n1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.

Also gilt :T(n) = 2T(n1) + 1(

”Rekurrenzgleichung“). Test:T(3) = 2T(2) + 1 = 4T(1) + 3 = 8T(0) + 7

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN

Klar:T(0) = 0,T(1) = 1,T(2)3undT(3)7.

Mit der

”Arbeitsbeschreibung“ ergibt sich:

T(n)2T(n1)

| {z }

Lehrling“

+1, n >0

Unklar:T(n)= 2T(n? 1) + 1(bessere Strategie?) Aber es sind mindestens

→ eine Scheibenbewegung durch den Meister

→ und zweimalT(n1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.

Also gilt :T(n) = 2T(n1) + 1(

”Rekurrenzgleichung“).

Test:T(3) = 2T(2) + 1 = 4T(1) + 3 = 8T(0) + 7

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN

Klar:T(0) = 0,T(1) = 1,T(2)3undT(3)7.

Mit der

”Arbeitsbeschreibung“ ergibt sich:

T(n)2T(n1)

| {z }

Lehrling“

+1, n >0

Unklar:T(n)= 2T(n? 1) + 1(bessere Strategie?) Aber es sind mindestens

→ eine Scheibenbewegung durch den Meister

→ und zweimalT(n1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.

Also gilt :T(n) = 2T(n1) + 1(

”Rekurrenzgleichung“).

Test:T(3) = 2T(2) + 1 = 4T(1) + 3 = 8T(0) + 7

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN (II)

Theorem

Die Türme von Hanoi mitnScheiben benötigenT(n) = 2n1 Bewegungen zur Lösung.

Induktion übern.

(IA)Wennn= 0, dannT(0) = 201 = 0 (IV)T(n) = 2n1

(IS)n→n+ 1 :

T(n+ 1) = 2·T(n) + 1

(IV)= 2·(2n1) + 1

= 2·2n1

= 2n+11

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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN (II)

Theorem

Die Türme von Hanoi mitnScheiben benötigenT(n) = 2n1 Bewegungen zur Lösung.

Induktion übern.

(IA)Wennn= 0, dannT(0) = 201 = 0 (IV)T(n) = 2n1

(IS)n→n+ 1 :

T(n+ 1) = 2·T(n) + 1

(IV)= 2·(2n1) + 1

= 2·2n1

= 2n+11

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FAZIT

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