Un esercito di pedine occupa una parte della scacchiera. Davanti ha uno spazio vuoto, e una sola possibilità per avanzare: saltare un compagno, che viene tolto dal gioco. Ogni progresso costa un soldato.
Puoi scegliere quanti pezzi usare e come disporli dietro la linea di partenza. Non c’è un avversario, non c’è un tempo limite e la scacchiera non ha bordi. Sembra che basti preparare un esercito abbastanza grande per arrivare ovunque.
Il rompicapo di John Conway mette alla prova proprio questa intuizione. La domanda non è soltanto quale mossa fare: è capire se un obiettivo apparentemente vicino possa davvero essere raggiunto.
PROBLEMA 1729 #027
Tempo: 20–30 minuti
Difficoltà:
Categoria: Invarianti e impossibilità
Il problema
Immagina una griglia quadrata infinita. Numera le righe con gli interi: la riga 0 è l’ultima riga di partenza; sopra ci sono le righe 1, 2, 3, 4, 5 e così via. All’inizio puoi collocare un numero finito, grande quanto vuoi, di pedine nelle righe 0, −1, −2… Al massimo una pedina per casella; tutte le righe positive sono vuote.
Una mossa consiste nel saltare con una pedina sopra una pedina immediatamente adiacente, atterrando nella casella subito successiva, che deve essere vuota. La pedina saltata viene rimossa. Sono ammessi salti orizzontali e verticali in entrambi i versi, mai diagonali. Non si aggiungono nuovi pezzi durante il gioco.
Puoi portare una pedina nella quinta riga sopra la linea di partenza, cioè nella riga 5? Puoi scegliere liberamente la disposizione iniziale. Trova una strategia oppure dimostra perché nessuna strategia può funzionare.
Prima di proseguire, fermati: prova con monete o bottoni su carta quadrettata. Raggiungi le prime righe e osserva quanti pezzi devi consumare per continuare.
💡 Mostra un indizio
Contare soltanto le pedine non basta: una pedina vicina all’obiettivo può essere più utile di molte pedine lontane.
Prova ad assegnare un valore a ogni casella. Cerca un punteggio complessivo che nessuna mossa possa aumentare. Se l’obiettivo richiedesse più punti di quelli disponibili all’inizio, avresti una dimostrazione.
💡 Mostra un altro indizio
Cerca un numero q compreso fra 0 e 1 che soddisfi q + q² = 1.
Fissa una casella della riga 5 come bersaglio. Assegna valore 1 al bersaglio, q alle caselle a distanza 1, q² a quelle a distanza 2 e così via. Misura la distanza contando passi orizzontali e verticali, senza diagonali. Che cosa succede al totale quando due pedine diventano una?
✅ Mostra la soluzione
No: la quinta riga è irraggiungibile. Non è una questione di pazienza o di numero di tentativi. La dimostrazione usa un “bilancio” che nessuna mossa può migliorare.
- Scegliamo il bersaglio. Possiamo chiamarlo (0,5), spostando l’origine orizzontale se necessario. Poniamo q = (√5−1)/2, circa 0,618. Vale q + q² = 1.
- Attribuiamo i pesi. Alla casella (x,y) assegniamo q|x|+|y−5|. Il bersaglio pesa 1. Il punteggio di una posizione è la somma dei pesi delle caselle occupate.
- Controlliamo i salti. Quando un salto avvicina di due passi al bersaglio, i due pesi consumati sono qd+2 e qd+1, mentre quello ottenuto è qd: sono uguali perché q² + q = 1. Un salto nella direzione opposta diminuisce il punteggio. Se il salto attraversa una riga o colonna del bersaglio, partenza e arrivo hanno lo stesso peso e si perde il peso della pedina centrale. Questi casi coprono tutti i salti ammessi.
- Sovrastimiamo l’esercito iniziale. Immaginiamo, soltanto per fare il conto, di occupare tutte le caselle con y ≤ 0. La somma dei pesi è il prodotto di due serie geometriche: [q5/(1−q)] × [(1+q)/(1−q)] = 1. Il primo fattore somma le distanze verticali; il secondo le colonne a destra e sinistra, compresa quella centrale.
- Torniamo a un esercito finito. Ogni disposizione iniziale consentita occupa solo un numero finito di caselle, tutte con peso positivo. Il suo punteggio è quindi strettamente minore di 1. Una pedina sul bersaglio varrebbe già 1 da sola. Poiché il totale non può crescere, non possiamo arrivarci.
Il passaggio decisivo è quello fra il semipiano infinito usato per stimare la somma e l’esercito finito con cui giochiamo. Anche aggiungendo milioni di pedine, il punteggio può avvicinarsi a 1, ma resta inferiore. La stessa dimostrazione vale per qualsiasi casella della quinta riga.
Nessun esercito finito può raggiungere la riga 5.
La matematica dentro al gioco
Lo strumento è una funzione potenziale, detta in questo contesto anche funzione pagoda. Non è un invariante in senso stretto, perché può diminuire: è una quantità monotona. Questa distinzione aiuta a capire perché non occorre analizzare ogni possibile partita.
La sezione aurea non compare come decorazione. Il suo reciproco q è esattamente il numero che rende compatibili i pesi di due pedine con quello della pedina risultante: qd+1 + qd+2 = qd. La regola locale del salto suggerisce l’equazione.
Per verificare il conto delle serie, usa 1−q = q² e 1+q = 1/q: q5(1+q)/(1−q)² diventa q4/q4 = 1. Dimostrare che il bersaglio costa troppo è molto più efficace che cercare di esaurire una quantità enorme di tentativi.
Una variante per te
Un obiettivo più vicino: disponi soltanto quattro pedine nelle righe non positive e prova a raggiungere la riga 2. Puoi farcela in tre salti?
Una disposizione che funziona occupa le caselle (0,−1), (0,0), (−2,0) e (−1,0). Esegui: (0,−1) → (0,1), saltando (0,0); poi (−2,0) → (0,0), saltando (−1,0); infine (0,0) → (0,2), saltando (0,1). Verifica a ogni passaggio che l’arrivo sia vuoto e togli la pedina saltata.
Lo sapevi?
La quarta riga, invece, è raggiungibile: nell’esercito classico il numero minimo di pedine necessario è venti. La crescita dei minimi è sorprendente: due, quattro, otto e poi venti per raggiungere rispettivamente le prime quattro righe.
Il problema nasce dal lavoro di John Conway sui giochi matematici. Regole diverse, per esempio l’aggiunta di salti diagonali, richiedono nuovi ragionamenti: la dimostrazione appena vista dipende dalle mosse ammesse.
Per approfondire: George I. Bell, Daniel S. Hirschberg e Pablo Guerrero-García, The minimum size required of a solitaire army, Integers, 2007. Un’esposizione del metodo dei pesi si trova anche nel capitolo dedicato all’esercito di Conway ospitato dall’Università dell’Illinois a Chicago.
Problema 1729
#027 — I soldati di Conway
Giochi, enigmi e idee matematiche per menti curiose.










