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.
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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.
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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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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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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:N→N, 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:N→N, 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:N→N, 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:N→N, 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:N→N, 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(n−1)
| {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(n−1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.
Also gilt :T(n) = 2T(n−1) + 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(n−1)
| {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(n−1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.
Also gilt :T(n) = 2T(n−1) + 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(n−1)
| {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(n−1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.
Also gilt :T(n) = 2T(n−1) + 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(n−1)
| {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(n−1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.
Also gilt :T(n) = 2T(n−1) + 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(n−1)
| {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(n−1)Bewegungen durch den Lehrling notwendig.
Also gilt :T(n) = 2T(n−1) + 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) = 2n−1 Bewegungen zur Lösung.
Induktion übern.
(IA)Wennn= 0, dannT(0) = 20−1 = 0 (IV)T(n) = 2n−1
(IS)n→n+ 1 :
T(n+ 1) = 2·T(n) + 1
(IV)= 2·(2n−1) + 1
= 2·2n−1
= 2n+1−1
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ANZAHL DER SCHEIBENBEWEGUNGEN (II)
Theorem
Die Türme von Hanoi mitnScheiben benötigenT(n) = 2n−1 Bewegungen zur Lösung.
Induktion übern.
(IA)Wennn= 0, dannT(0) = 20−1 = 0 (IV)T(n) = 2n−1
(IS)n→n+ 1 :
T(n+ 1) = 2·T(n) + 1
(IV)= 2·(2n−1) + 1
= 2·2n−1
= 2n+1−1
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Administratives Ein Beispiel Eine kleine Wiederholung
FAZIT
Die Welt geht also in
264+ 1Tagen ≈ 1.84·1019Tagen
≈ 5.05·1016Jahren unter.