สามชิ้น

o59_may09_trio

ถ้าวิเคราะห์ดี ๆ จะสังเกตได้ว่าเราจะไม่สามารถปูผนังได้ ถ้าจำนวนสี่เหลี่ยมหารด้วย 3 ไม่ลงตัว ดังนั้นเราจะไม่สามารถปูผนังได้เมื่อ n=4,7n = 4, 7 เนื่องจากจำนวนสี่เหลี่ยมจะเท่ากับ 10,2810, 28 ตามลำดับ

จากนั้นให้เราวิเคราะห์กรณีเล็ก ๆ จะได้ว่าเมื่อ n=1,3,5n = 1, 3, 5 จะทำไม่ได้เช่นกัน

สำหรับ n=6n = 6 เราจะสามารถปูผนังได้ดังรูป

Six

เราสามารถต่อยอดการปูผนังสำหรับ n=6n = 6 ไปเป็นการปูสำหรับ n=8n = 8 ได้ ดังรูป (สังเกตว่า ช่องที่ขาวที่เว้นว่างไว้ จะตรงกับรูปผนังสำหรับ n=6n = 6 พอดี)

Six-Eight

สำหรับ n=9n = 9 เราก็สามารถปูผนังได้ ตามรูป

Nine

และเราก็สามารถใช้เทคนิคเดียวกันเพื่อปู n=11n = 11 ได้ ตามรูป

Nine-to-Eleven

ที่เราสามารถใช้เทคนิคในการเปลี่ยนจาก nn ไปเป็น n+2n+2 ได้นั้น เราอาศัยการที่ 3n3 \mid n เพื่อที่จะสามารถปูกระเบื้องที่ฐานได้

จากนั้นถ้าเราสังเกตดี ๆ เราสามารถเปลี่ยนจาก n=6n = 6 เป็น n=12n = 12 ได้ ดังรูป

SixTwelve

สังเกตว่าสามเหลี่ยมด้านบนและด้านขวาคือรูปเดียวกันกับ n=6n = 6 จากนั้นเราก็จะต้องปูผนังรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 6×66 \times 6

ถ้าสังเกตดี ๆ จะพบว่า เราสามารถเปลี่ยนจาก nn เป็น n+6n+6 เมื่อ ได้ เมื่อ 3n3 | n โดยใช้เทคนิคนี้ โดยเราจะต้องปูกระเบื้องขนาด 6×66 \times 6 ที่มุมขวาล่าง จากนั้นต้องปูผนังรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาด 6×n6 \times n ซึ่งสามารถทำได้เสมอเพราะ nn หารด้วย 3 ลงตัว (ยกตัวอย่างเช่น การปูสี่เหลี่ยมผืนผ้า 6×96 \times 9 ให้เราใช้ของ 6×66 \times 6 แล้วคัดลอก 3 หลักแรกไปต่อทางด้านขวามือ)

ดังนั้นเราสามารถสรุปการปูผนังที่เราเจอมาได้ดังนี้

  • เราสามารถปูผนังได้ เมื่อ n=6,9n = 6, 9
  • ถ้าเราปูผนัง nn ได้ เราจะสามารถปูผนัง n+2n+2 ได้ เมื่อ 3n3 \mid n
  • ถ้าเราปูผนัง nn ได้ เราจะสามารถปูผนัง n+6n+6 ได้ เมื่อ 3n3 \mid n

จากข้างต้น จะได้ว่าเราสามารถปูผนังสำหรับ n=6k,6k+2,6k+3,6k+5n = 6k, 6k+2, 6k+3, 6k+5 เมื่อ k1k \geq 1 เสมอ และกรณีพิเศษอีกกรณีหนึ่งคือ n=2n = 2

จากนั้นจะเหลือกรณี n=6k+1,6k+4n = 6k+1, 6k+4 ที่เราจะพิสูจน์ว่าไม่สามารถปูผนังได้

กรณีแรก n=6k+1n = 6k+1 จำนวนสี่เหลี่ยมทั้งหมด = n(n+1)/2=(3k+1)(6k+1)=18k2+9k+1n(n+1)/2 = (3k+1)(6k+1) = 18k^2 + 9k + 1 เนื่องจาก 318k23 \mid 18k^2 และ 39k3 \mid 9k ดังนั้น 3n(n+1)/23 \nmid n(n+1)/2 เนื่องจากกระเบื้องหนึ่งชิ้นมีสี่เหลี่ยมสามรูป จึงไม่สามารถปูได้

กรณีที่สอง n=6k+4n = 6k+4 จำนวนสี่เหลี่ยมทั้งหมด = n(n+1)/2=(3k+2)(6k+5)=18k2+27k+10n(n+1)/2 = (3k+2)(6k+5) = 18k^2 + 27k + 10 ซึ่ง 3n(n+1)/23 \nmid n(n+1)/2 ในทำนองเดียวกัน

ดังนั้นเราได้พิสูจน์และแสดงให้เห็นถึงการปูผนังทุก ๆ แบบที่เป็นไปได้แล้ว

เราจะได้อัลกอริทึมที่แก้ปัญหานี้ใน O(n2)\mathcal{O}(n^2)