ИИП "Магический кубик рубик"

 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение  

«Кудинцевская средняя общеобразовательная школа»  

                                  Льговского района Курской области

 ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ  ИТОГОВЫЙ  ПРОЕКТ

НА ТЕМУ:

«МАГИЧЕСКИЙ КУБИК РУБИК»

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Подготовил :

                                                                                      Титяев Н.С.

  обучающийся 9 класса

 Руководитель работы:

                                                                                           Фролова А.В.,

                                                                                  учитель информатики

с. Кудинцево, 2023 г.

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ. 2

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КУБИКА РУБИКА.. 5

1.1. Первые кубики. 5

1.2. Развитие кубика в СССР. 6

ГЛАВА II. ВИДЫ И РЕКОРДЫ СБОРКИ.. 7

2.1. Виды головоломок. 7

2.2. Мировые рекорды по сборки. 7

ГЛАВА III. МЕТОДЫ,СПОСОБЫ И АЛГОРИТМЫ СБОРКИ КУБИКА РУБИКА 3х3. 9

3.1. Самый простой и легкий способ (схема, метод, алгоритм) сборки для начинающих. 10

3.2. Метод Михаила Ростовикова. 10

3.3. Упрощенный метод скоростной сборки. 11

3.4. Скоростной Метод Джессики Фридрих. 12

ГЛАВА IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 14

ПРИЛОЖЕНИЕ. 15

ВВЕДЕНИЕ

Кубик Рубика является детской игрушкой только на первый взгляд. На деле это серьезная математическая задача по комбинаторике, воплощенная в форме. Такая популярность игры заинтересовала и меня. Появилось желание узнать больше об этой интересной головоломке. Я стал искать всевозможную информацию по данному вопросу. Многие утверждают, что эта головоломка влияет на мышление человека.  Навыки, которые отвечают за этот раздел мозга, задействуются как в стереометрии и механике, так и в физике и инженерии. Человек, играясь кубом сам того не замечая приучается к дисциплине логического мышления и последовательности, когда понимает алгоритмы сборки кубика.

Головоломка представляет собой пластмассовый куб 3×3×3 (в первоначальном варианте) с 54 видимыми цветными наклейками. Грани большого куба способны вращаться вокруг 3 внутренних осей куба. Каждая из шести граней состоит из девяти квадратов и окрашена в один из шести цветов, в одном из распространённых вариантов окраски, расположенных парами друг напротив друга: красный — оранжевый, белый — жёлтый, синий — зелёный. Повороты граней позволяют переупорядочить цветные квадраты множеством различных способов. Задача игрока заключается в том, чтобы «собрать кубик Рубика»: поворачивая грани куба, вернуть его в первоначальное состояние, когда каждая из граней состоит из квадратов одного цвета.

Считается, что кубик Рубика — лидер среди игрушек по общему количеству продаж: по всему миру было продано порядка 450 млн кубиков Рубика.

Актуальность: кубик Рубика не только игрушка, но и серьезная головоломка. Я считаю, что каждый человек должен уметь собирать эту головоломку, так как она развивает логику, системное мышление.

Цель проекта: изучить устройство кубика Рубика и принцип сборки.

Для достижения поставленной цели я обозначил для себя следующие задачи:

-рассказать об истории кубика Рубика

-изучить методики сборки кубика Рубика;

-научиться собирать данную головоломку.

Гипотезой моего исследования стало предположение о том, является ли кубик Рубика- игрушкой или сложнейшим математическим тренажером.

Объект исследования: кубик Рубика

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КУБИКА РУБИКА

1.1. Первые кубики

       Кажется, что Кубик Рубика существовал всегда. Однако его изобрел в 1974 году венгерский скульптор Эрно Рубик, а в 1975 запатентовал головоломку, представляющую из себя пластмассовый куб 3×3×3 с 54 видимыми цветными гранями. Головоломке понадобилось меньше 50 лет, чтобы завоевать мир. Его создатель пробовал для изготовления различные материалы - дерево, картон, бумагу, наносил на грани цифры и символы, но все-таки отдал предпочтения окрасу сторон в различные цвета. Любопытен тот факт, что, создав первый образец кубика, его изобретатель с ужасом осознал, что не в состоянии его собрать. Почти месяц затратил Эрно на «приручение» собственного шедевра. Дело в том, что легендарный кубик имеет порядка 43 квинтильонов различных вариаций, и только одна из них является правильной! Эта головоломка сделала изобретателя миллионером.

       Первые партии кубиков Рубика были выпущены в конце 1977 года для Будапештского магазина игрушек. В феврале 1980 года головоломка дебютировала на ярмарках игрушек Лондона, Парижа, Нюрнберга и Нью-Йорка. Американская премьера состоялась 5 мая в Голливуде. В Советский Союз кубик пришёл в 1981 г. Сегодня права на кубик Рубика и другие головоломки Эрно Рубика принадлежат английской компании Seven Towns Ltd., которой уже более 40 лет владеет близкий друг Эрно Рубика — Том Кремер.

       Количество видов кубиков Рубика на сегодняшний день сложно подсчитать. Однако, среди всего многообразия можно выделить классические модели, с изображениями на гранях, гибриды необычной формы, зеркальные и виртуальные. Одни модели можно легко встретить на полках магазина, другие заказать в интернет магазине, а третьи так и остаются на стадии прототипа.

 

1.2. Развитие кубика в СССР

К началу 80-х Кубик-Рубика начал захватывать Западные страны и СССР. Игрушка была у каждого десятого жителя. СССР так же купили лицензию, и начали производить свою игрушку. По некоторым данным, чтобы выкупить лицензию СССР заплатили около 3млн. долларов, просто немыслимая сумма для того времени. Своё распространение по СССР игрушка со школ. На переменах и во время уроков под партами школьники собирали этот кубик. Учителя тоже были не против покрутить эту головоломку. В школах начали проходить соревнования по скоростному собиранию.

Счастливчики которые имели эту игрушку было не особо много, но чтобы потрогать игрушку выстраивались целые очереди. В 1982 году журнал «Юный Техник» нашел решение этой проблемы, журнал подготовил статью с иллюстрациями и чертежами «Всем кубикам кубик» чтобы его можно сделать самостоятельно. И со временем статьи поменялись на заголовки "Как собрать Кубик-Рубика", так как головоломка была далеко не легкой. И было потрачено много времени, и не каждый добивался успеха. И в журнале начали печатать схемы сборки Кубика, один из первых таких журналов был «Наука и Жизнь».

Кубик набирал большую популярность, его крутили на работе, школе, метро, трамвае.

Он даже стал самым популярным подарком независимо от праздника, превзошел даже книгу.

 

ГЛАВА II. ВИДЫ И РЕКОРДЫ СБОРКИ

2.1. Виды головоломок

     Наиболее популярной разновидностью кубика Рубика считается ее оригинальный вариант (3х3х3), появившийся в 1974 году. Тогда он носил название «магический куб». Что интересно, именно это название до сих используется во многих языках. А вот на иврите эту игрушку называют «венгерским кубиком».

Среди других вариантов стоит отметить кубики с различным количеством слоев (2х2х2, 4х4х4, 5х5х5 и т.д.). Более оригинальными головоломками по типу кубиков Рубика являются:

·        Мегаминкс;

·        Пирамидка Мефферта;

·        Скьюб;

·        Скваер.

2.2. Мировые рекорды по сборки

     Мировой рекорд по сборке кубика Рубика 3х3 долгое время принадлежал австралийцу Феликсу Земдегсу. Ему принадлежит более ста мировых рекордов по сборке кубика Рубика. Последний из них был зафиксирован в мае 2018 года, и он был равен 4,22 секунды. Земдегс также считается первым человеком, который собрал эту головоломку менее чем за 10 секунд. Земдегс своим пришествием произвел настоящую революцию в спидкубинге. А в 2015 году он собрал головоломку одной рукой за в 6,88 секунды. Этот рекорд кубика Рубика до сих пор не побит.    

В ноябре прошлого года на соревнованиях в Китае случилось что-то невероятное. Китайский спидкубер Юшен Ду побил рекорд Земдегса на 0,75 секунды. На данный момент официальный мировой рекорд по сборке кубика Рубика равен 3,47 секунды.

Рекорд Юшен Ду удивителен тем, что это первая официальная сборка в пределах 4 секунд.

Еще один удивительный мировой рекорд по сборке кубика Рубика в 2018 году покорил 16-летний Дэниел Роуз-Левин из Бруклина, он собрал кубик Рубика ногами за 16,96 секунды и тем самым установил мировой рекорд. До этого рекорд долгое время принадлежал бразильцу Габриэлю Кампанья. Ему удалось собрать эту головоломку за 25,14 секунды. Рекорд держался с 2014 года. В 2015 его рекорд побил Якуб Кипа, он собрал кубик Рубика за 20,57 секунды.

ГЛАВА III. МЕТОДЫ,СПОСОБЫ И АЛГОРИТМЫ СБОРКИ КУБИКА РУБИКА 3х3.

 Существует множество способов , методов и алгоритмов сборки кубика Рубика . Но сначала попробуем выяснить, чем все эти понятия отличаются и как-нибудь это всё классифицировать. Итак, несколько определений:

Алгоритм — набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число действий. То есть, алгоритмом можно назвать и всю сборку кубика Рубика и какую-то конкретную формулу, приводящую к определенному результату.

Метод в математике — синоним способа, алгоритма решения задачи, достижения цели. В отличие от области знаний или исследований, является авторским, то есть созданным конкретной персоной или группой персон, научной или практической школой. Поэтому, рядом со словом метод Вы увидите его название или имя автора этого самого метода.

Совокупность однородных методов принято называть подходом. В случае с кубиком Рубика, например, можно выделить послойную сборку, блоковую сборку.

Чем отличаются методы скоростной сборки от методов для новичков? Тут всё просто, чем больше формул Вы используете, тем быстрее собираете кубик. В алгоритмах для начинающих используется минимальное количество формул, но их легче запомнить.

Вообще, кубик можно из любой комбинации (а их более 43 квинтиллионов) собрать за 20 ходов (ещё недавно считалось, что за 21), вот только не родился пока человек, способный высчитать сходу последовательность этих действий . А может им станете Вы?...

Итак, распространённые и не очень методы сборки кубика Рубика 3х3, которые Вы можете найти на просторах интернета с подробными или очень подробными инструкциями авторов этих методов.

3.1. Самый простой и легкий способ (схема, метод, алгоритм) сборки для начинающих

Это способ сборки кубика Рубика 3х3 из журнала Наука и Жизнь №5 за 1983 год.. Этот алгоритм сборки относится к послойным, в чём нетрудно убедиться, ознакомившись с его основными этапами.

Этапы сборки для начинающих:

o    первый слой

o    крест на 1 стороне

o    угловые кубики на 1 стороне

o    второй слой

o    расстановка реберных кубиков по местам

o    третий слой

o    расстановка боковушек по местам (крест)

o    разворот боковушек (правильный крест)

o    расстановка углов 3 слоя по местам

o    переворот углов 3 слоя

3.2. Метод Михаила Ростовикова

Первые два слоя собираются так же, как и в предыдущем способе, а для третьего слоя используются другие формулы (их больше) и порядок сборки. Сначала, в два этапа собирается «шапка» третьего слоя, то есть, все кубики верхнего слоя поворачиваются одним цветом вверх, без учёта их расстановки по местам, а затем, в два следующих этапа эти кубики передвигаются по своим местам (сначала угловые кубики, потом боковушки). После освоения этого метода легче всего перейти к изучению одного из самых распространённых скоростных методов сборки, метода Джессики Фридрих, так как здесь использованы формулы из её метода и общий порядок сборки приближен к методу Джессики.

Этапы метода Ростовикова Михаила:

·         первый слой

o    крест на 1 стороне

o    угловые кубики на 1 стороне

·         второй слой

o    расстановка реберных кубиков по местам

·         третий слой

o    крест на верхней стороне 3 слоя

o    переворот углов

o    установка углов

o    установка боковых кусочков

3.3. Упрощенный метод скоростной сборки

Тоже можно отнести к послойным. Сначала собирается крест на первой стороне. Следующий этап объединяет сборку первого и второго слоёв: ставятся по местам 4 «столбика», состоящие из углового кубика первого слоя и соседнего с ними реберного кубика второго слоя. Формулы для этого этапа так же позаимствованы из метода Джессики Фридрих. Собственно, это всё, что отличает этот метод от метода Михаила Ростовикова. Третий слой собирается так же, как и в его методе. Таким образом, мы уже вплотную приблизились к методу Фридрих. Давайте тогда ещё этапы сборки обозначим как у неё.

Этапы скоростной сборки(упрощённый способ):

1.     Cross (крест на 1 стороне, по неизвестно откуда взявшейся традиции, белой)

2.     F2L (First two layers) — сборка двух слоёв — нижнего и среднего

3.     OLL (Orientation the last layer) —ориентация последнего слоя

o    крест на верхней стороне 3 слоя

o    переворот углов

4.     PLL (Permutation the last layer) — перестановки последнего слоя

o    установка боковых кусочков

o    установка углов

3.4. Скоростной Метод Джессики Фридрих

CFOP - по первым буквам названий этапов сборки: Cross, F2l, Oll, Pll. Этот метод, он, кстати, тоже послойный, позволил ей выиграть первый чехословацкий чемпионат по сборке кубика Рубика, который состоялся в апреле 1982 года, но на тот момент Джессика использовала меньше формул. Большинство формул для этого метода было разработано в течение периода времени между летом 1981 года и весной 1983 года (и не только ей, между прочим). Всего для освоения этого самого популярного из скоростных методов (а может быть из всех) понадобится запомнить 119 формул минимум.

Этапы скоростной сборки по методу Джессики Фридрих:

1.     Cross (крест)

2.     F2L (First two layers) — сборка двух слоёв — нижнего и среднего -41 формула

3.     OLL (Orientation the last layer) —ориентация последнего слоя – 57 формул

4.     PLL (Permutation the last layer) — перестановки последнего слоя – 21 формула

ГЛАВА IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В заключении я еще раз убедился в ценности научных знаний в современном мире. Я понял, что для достижения любой цели необходимы умственная активность, трудолюбие, наблюдательность, настойчивость, быстрота ориентации, сосредоточенное внимание. 

       В ходе работы моя гипотеза полностью подтвердилась, кубик Рубика действительно не игрушка, а сложнейший математический тренажёр, который помогает развивать гибкость ума, пространственное и логическое мышление, объемную память и разрабатывает моторику рук.

Собирать кубик не только интересно, но и полезно! Это развивает память, мелкую моторику рук, логику и пространственное воображение.

       И закончить свой проект я хотел словами, которые сказал Эрне Рубик: "Если вы любопытны, вы найдёте головоломки вокруг вас. Если вы решительны, вы их решите".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Дубровский В. Статья «Математика волшебного куба», журнал «Квант» № 8, 1982

2. Калужнин Л.А., Сущанский В.И.. Преобразования и перестановки.-М.: Наука.Главная редакция физико-математической литературы, 1985

3. Константинов И. Статья «Венгерский кубик», журнал «Наука и жизнь» № 3, 1981

4. Константинов И. Статья «Собрать кубик. Это не сложно», журнал «Наука и жизнь»

5. Громадская О. А., Мельничук О. В. Кубик Рубика — не просто развлечение! // Юный ученый. — 2019

6. www.playlab.ru

7. www.rubiks.by

8. www.rucube.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1

 Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4