Квадрирование квадрата

• Квадрат, разбитый на попарно неравные квадраты, называется совершенным^[1].
• Порядком квадрата, разбитого на составные квадраты, называется число составляющих его квадратов.
• Разбиение квадрата, никакое подмножество квадратов которого не образует прямоугольник (не считая отдельных квадратов), называется простым.

• Вопрос о возможности разбиения квадрата на неравные квадраты был записан в Шотландской книге Станиславом Рузевичем под номером 59^[3] в 1935-м году.
• Самые первые найденные Бруксом, Смитом, Стоуном и Таттом совершенные квадраты были 69-го порядка.
• В 1939 году Р. Шпраг (R. Sprague) нашёл совершенный квадрат 55-го порядка, это было первое опубликованное решение для совершенного квадрата^[4].
• Позднее Т. Г. Уиллкокс (T. H. Willcocks) нашёл совершенный квадрат 24-го порядка, который долгое время держал рекорд малости порядка.
• В 1978 году голландский математик А. Й. В. Дёйвестейн (A. J. W. Duijvestijn) с помощью компьютера нашёл разбиение квадрата на 21 квадрат, среди которых нет равных (см. рис.). Он также доказал следующие утверждения:
  • Не существует совершенного квадрата меньшего порядка.
  • Найденное им разбиение — единственно возможное для разбиения 21-го порядка.

Ключевую роль в решении задачи квадрирования сыграло предложение, сделанное Бруксом, Смитом, Стоуном и Татом в 1936—1938 годах^[1] для анализа диаграммы, названной диаграммой Смита, которая любому разбиению квадрата (или прямоугольника) ставит в соответствие электрическую цепь. Это позволило применять для решения задачи квадрирования хорошо разработанную теорию электрических цепей.

Можно считать, что прямоугольник это проводник сделанный из фольги с постоянным удельным сопротивлением. Если вдоль оснований подключён ток, то сопротивление прямоугольника прямопропоционально высоте и обратно пропорционально ширине прямоугольника. Поэтому можно считать что сопротивление любого квадрата единица.

Каждому горизонтальному отрезку на схеме разбиения квадрата соответствует «клемма» этой цепи, а каждому квадрату разбиения — проводник, соединяющий две «клеммы». Сила тока, текущего по проводнику, равна длине стороны соответствующего квадрата. Поскольку можно считать, что сопротивление каждого квадрата равно единице, такая электрическая цепь ведёт себя как «настоящая»; в частности, подчиняется правилам Кирхгофа для токов в цепи.

${\displaystyle n}$	Число простых совершенных квадратов порядка ${\displaystyle n}$	${\displaystyle n}$	Число простых совершенных квадратов порядка ${\displaystyle n}$
21	1	28	3001
22	8	29	7901
23	12	30	20 566
24	26	31	54 541
25	160	32	144 161
26	441	33	378 197[5]
27	1152

Число простых совершенных квадрированных квадратов порядка n с точностью до симметрий указано в последовательности A006983 в OEIS^[6].

В 2013 году было найдено число квадратов порядка 32 (144 161)^[6][5].

В июне 2014 года Джим Уильямс (Jim Williams) получил все 378 197 простых совершенных квадрированных квадратов порядка 33^[5].

«Кубирование куба», то есть разбиение куба на конечное число попарно неравных между собой кубов, невозможно. Доказательство этого факта было дано Бруксом, Смитом, Стоуном и Таттом.

Также легко доказывается теорема о невозможности «гиперкубирования гиперкуба» для гиперкубов любой размерности, большей 3-х. Действительно, для любой размерности n гиперкубы разбиения, прилегающие к какой-либо (n − 1)-мерной гиперграни исходного гиперкуба, должны разбивать эту гипергрань на конечное число попарно неравных (n − 1)-мерных гиперкубов. При n = 4 «гиперкубирование» невозможно, так как должно порождать «кубирование» 3-мерных гиперграней исходного 4-мерного гиперкуба. Индукцией по n можно сделать заключение о невозможности «гиперкубирования» для всех n > 3.