Notes on Polytwigs

Author: David Goodger <goodger@python.org>
Date: 2015-02-24
Revision: 600
Web site:http://puzzler.sourceforge.net/
Copyright: © 1998-2015 by David J. Goodger
License:GPL 2
images/puzzler.png

Contents

Polyform Counts

Units are unit line segments on the hexagonal grid.

The polytwigs (fully-connected):

Order Name Free Units Sum One-sided Units Sum
1 monotwig 1 1 1 1 1 1
2 ditwig 1 2 3 1 2 3
3 tritwig 3 9 12 4 12 15
4 tetratwig 4 16 28 6 24 39
5 pentatwig 12 60 88 19 95 134
6 hexatwig 27 162 250 49 294 428
7 heptatwig 78 546 796 143 1001 1429

The quasi-polytwigs (includes disconnected forms that have gaps of maximum length 1):

Order Name Free Units Sum One-sided Units Sum
1 quasi-monotwig 1 1 1 1 1 1
2 quasi-ditwig 3 6 7 4 8 9
3 quasi-tritwig 17 51 58 28 84 93
4 quasi-tetratwig 114 456 514 214 856 949
5 quasi-pentatwig 966     1885    

Shapes

Holes (denoted by a "*" in the function name) consist of internal segments only, no circumference segments.

Hexagons & holes:

H(n) = 9n² - 3n
     = 3n(3n - 1)

H*(n) = H(n) - 12n + 6
      = 9n² - 15n + 6

Triangles & holes:

T(n) = 3n/2(n + 3)
     = 3/2(n² + 3n)

T*(n) = T(n) - 6n
      = 3n/2(n - 1)
      = 3/2(n² - n)

Hexagrams & holes:

Hg(n) = H(n) + 6T(n - 1) - 12(n - 1)
      = 18n² - 6n - 6

Hg*(n) = Hg(n) - 24n + 18
       = 18n² - 30n + 12
n H H* T T* Hg Hg*
1 6 0 6 0 6 0
2 30 12 15 3 54 24
3 72 42 27 9 138 84
4 132 90 42 18 258 180
5 210 156 60 30 414 312
6 306 240 81 45 606 480
7 420 342 105 63 834 684
8 552 462 132 84 1098 924
9 702 600 162 108 1398 1200
10 870 756 195 135 1734 1512
11 1056 930 231 165 2106 1860
12 1260 1122 270 198 2514 2244
13 1482 1332 312 234 2958 2664
14 1722 1560 357 273 3438 3120
15 1980 1806 405 315 3954 3612
16 2256 2070 456 360 4506 4140
17 2550 2352 510 408 5094 4704
18 2862 2652 567 459 5718 5304
19 3192 2970 627 513 6378 5940
20 3540 3306 690 570 7074 6612

Parallelograms (& staggered rectangles) & holes:

P(m,n) = 3mn + 2(m + n) - 1

Rs(m,n) = P(m,n)

P*(m,n) = P(m,n) - 4(m + n) + 2
        = 3mn - 2(m + n) + 1
P m=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
n=1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76
2 ... 19 27 35 43 51 59 67 75 83 91 99 107 115 123
3 ... ... 38 49 60 71 82 93 104 115 126 137 148 159 170
4 ... ... ... 63 77 91 105 119 133 147 161 175 189 203 217
5 ... ... ... ... 94 111 128 145 162 179 196 213 230 247 264
6 ... ... ... ... ... 131 151 171 191 211 231 251 271 291 311
7 ... ... ... ... ... ... 174 197 220 243 266 289 312 335 358
8 ... ... ... ... ... ... ... 223 249 275 301 327 353 379 405
9 ... ... ... ... ... ... ... ... 278 307 336 365 394 423 452
10 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 339 371 403 435 467 499
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 406 441 476 511 546
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 479 517 555 593
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 558 599 640
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 643 687
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 734
P* m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61
3 ... 16 23 30 37 44 51 58 65 72 79 86 93 100 107
4 ... ... 33 43 53 63 73 83 93 103 113 123 133 143 153
5 ... ... ... 56 69 82 95 108 121 134 147 160 173 186 199
6 ... ... ... ... 85 101 117 133 149 165 181 197 213 229 245
7 ... ... ... ... ... 120 139 158 177 196 215 234 253 272 291
8 ... ... ... ... ... ... 161 183 205 227 249 271 293 315 337
9 ... ... ... ... ... ... ... 208 233 258 283 308 333 358 383
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 261 289 317 345 373 401 429
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 320 351 382 413 444 475
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 385 419 453 487 521
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 456 493 530 567
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 533 573 613
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 616 659
16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 705

Inset rectangles:

Ri(m,n) = P(m,n) - 3 * int(m / 2) - 1 + (m % 2)
Ri m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=1 7 13 14 20 21 27 28 34 35 41 42 48 49 55 56
2 15 24 28 37 41 50 54 63 67 76 80 89 93 102 106
3 ... 35 42 54 61 73 80 92 99 111 118 130 137 149 156
4 ... ... 56 71 81 96 106 121 131 146 156 171 181 196 206
5 ... ... ... 88 101 119 132 150 163 181 194 212 225 243 256
6 ... ... ... ... 121 142 158 179 195 216 232 253 269 290 306
7 ... ... ... ... ... 165 184 208 227 251 270 294 313 337 356
8 ... ... ... ... ... ... 210 237 259 286 308 335 357 384 406
9 ... ... ... ... ... ... ... 266 291 321 346 376 401 431 456
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 323 356 384 417 445 478 506
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 391 422 458 489 525 556
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 460 499 533 572 606
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 540 577 619 656
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 621 666 706
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 713 756
16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 806

Rounded inset rectangles (inset rectangles that start with the short column; identical [but flipped] for even m):

Rr(m,n) = Ri(m,n) - (5 * (m % 2))
Rr m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=1 7 8 14 15 21 22 28 29 35 36 42 43 49 50 56
2 15 19 28 32 41 45 54 58 67 71 80 84 93 97 106
3 ... 30 42 49 61 68 80 87 99 106 118 125 137 144 156
4 ... ... 56 66 81 91 106 116 131 141 156 166 181 191 206
5 ... ... ... 83 101 114 132 145 163 176 194 207 225 238 256
6 ... ... ... ... 121 137 158 174 195 211 232 248 269 285 306
7 ... ... ... ... ... 160 184 203 227 246 270 289 313 332 356
8 ... ... ... ... ... ... 210 232 259 281 308 330 357 379 406
9 ... ... ... ... ... ... ... 261 291 316 346 371 401 426 456
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 323 351 384 412 445 473 506
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 386 422 453 489 520 556
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 460 494 533 567 606
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 535 577 614 656
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 621 661 706
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 708 756
16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 806

Trapezoids & holes:

Tr(m,n) = m(3n + 2) - n(3n - 5)/2

Tr*(m,n) = Tr(m,n) - 2m - 4n - 2(m - n)
         = m(3n - 2) - n(3n - 1)/2
Tr m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=1 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81
2 ... 23 31 39 47 55 63 71 79 87 95 103 111 119 127
3 ... ... 38 49 60 71 82 93 104 115 126 137 148 159 170
4 ... ... ... 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182 196 210
5 ... ... ... ... 77 94 111 128 145 162 179 196 213 230 247
6 ... ... ... ... ... 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281
7 ... ... ... ... ... ... 128 151 174 197 220 243 266 289 312
8 ... ... ... ... ... ... ... 158 184 210 236 262 288 314 340
9 ... ... ... ... ... ... ... ... 191 220 249 278 307 336 365
10 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 227 259 291 323 355 387
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 266 301 336 371 406
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 308 346 384 422
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 353 394 435
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 401 445
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 452
Tr* m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2 ... 7 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59
3 ... ... 16 23 30 37 44 51 58 65 72 79 86 93 100
4 ... ... ... 28 38 48 58 68 78 88 98 108 118 128 138
5 ... ... ... ... 43 56 69 82 95 108 121 134 147 160 173
6 ... ... ... ... ... 61 77 93 109 125 141 157 173 189 205
7 ... ... ... ... ... ... 82 101 120 139 158 177 196 215 234
8 ... ... ... ... ... ... ... 106 128 150 172 194 216 238 260
9 ... ... ... ... ... ... ... ... 133 158 183 208 233 258 283
10 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 163 191 219 247 275 303
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 196 227 258 289 320
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 232 266 300 334
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 271 308 345
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 313 353
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 358

Elongated hexagons & holes:

He(m,n) = H(n) + (m - n)(6n - 1)
        = 3n(2m + n) - (m + 2n)

He*(m,n) = He(m,n) - 4m - 8n + 6
         = 3n(2m + n) - 5(m + 2n) + 6
He m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
n=2 30 41 52 63 74 85 96 107 118 129 140 151 162
3 55 72 89 106 123 140 157 174 191 208 225 242 259
4 86 109 132 155 178 201 224 247 270 293 316 339 362
5 123 152 181 210 239 268 297 326 355 384 413 442 471
6 166 201 236 271 306 341 376 411 446 481 516 551 586
7 215 256 297 338 379 420 461 502 543 584 625 666 707
8 270 317 364 411 458 505 552 599 646 693 740 787 834
9 331 384 437 490 543 596 649 702 755 808 861 914 967
10 398 457 516 575 634 693 752 811 870 929 988 1047 1106
11 471 536 601 666 731 796 861 926 991 1056 1121 1186 1251
12 550 621 692 763 834 905 976 1047 1118 1189 1260 1331 1402
13 635 712 789 866 943 1020 1097 1174 1251 1328 1405 1482 1559
14 726 809 892 975 1058 1141 1224 1307 1390 1473 1556 1639 1722
15 823 912 1001 1090 1179 1268 1357 1446 1535 1624 1713 1802 1891
16 926 1021 1116 1211 1306 1401 1496 1591 1686 1781 1876 1971 2066
He m=15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
n=2 173 184 195 206 217 228 239 250 261 272 283 294 305 316
3 276 293 310 327 344 361 378 395 412 429 446 463 480 497
4 385 408 431 454 477 500 523 546 569 592 615 638 661 684
5 500 529 558 587 616 645 674 703 732 761 790 819 848 877
6 621 656 691 726 761 796 831 866 901 936 971 1006 1041 1076
He* m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
n=2 12 19 26 33 40 47 54 61 68 75 82 89 96
3 29 42 55 68 81 94 107 120 133 146 159 172 185
4 52 71 90 109 128 147 166 185 204 223 242 261 280
5 81 106 131 156 181 206 231 256 281 306 331 356 381
6 116 147 178 209 240 271 302 333 364 395 426 457 488
7 157 194 231 268 305 342 379 416 453 490 527 564 601
8 204 247 290 333 376 419 462 505 548 591 634 677 720
9 257 306 355 404 453 502 551 600 649 698 747 796 845
10 316 371 426 481 536 591 646 701 756 811 866 921 976
11 381 442 503 564 625 686 747 808 869 930 991 1052 1113
12 452 519 586 653 720 787 854 921 988 1055 1122 1189 1256
13 529 602 675 748 821 894 967 1040 1113 1186 1259 1332 1405
14 612 691 770 849 928 1007 1086 1165 1244 1323 1402 1481 1560
15 701 786 871 956 1041 1126 1211 1296 1381 1466 1551 1636 1721
16 796 887 978 1069 1160 1251 1342 1433 1524 1615 1706 1797 1888

Semi-regular hexagons & holes (two different side lengths, alternating; e.g. truncated triangles; m > n, n > 1):

Hs(m,n) = T(m + 2(n - 1)) - 3T(n - 1) + 6(n - 1)
        = 3/2(m² + n² + 4mn - m - n)

Hs*(m,n) = Hs(m,n) - 6m - 6n + 6
         = 3/2(m² + n² + 4mn - 5m - 5n + 4)
Hs m=3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=2 48 69 93 120 150 183 219 258 300 345 393 444 498 555
3 ... 99 129 162 198 237 279 324 372 423 477 534 594 657
4 ... ... 168 207 249 294 342 393 447 504 564 627 693 762
5 ... ... ... 255 303 354 408 465 525 588 654 723 795 870
6 ... ... ... ... 360 417 477 540 606 675 747 822 900 981
7 ... ... ... ... ... 483 549 618 690 765 843 924 1008 1095
8 ... ... ... ... ... ... 624 699 777 858 942 1029 1119 1212
9 ... ... ... ... ... ... ... 783 867 954 1044 1137 1233 1332
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 960 1053 1149 1248 1350 1455
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1155 1257 1362 1470 1581
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1368 1479 1593 1710
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1599 1719 1842
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1848 1977
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2115
Hs* m=3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=2 24 39 57 78 102 129 159 192 228 267 309 354 402 453
3 ... 63 87 114 144 177 213 252 294 339 387 438 492 549
4 ... ... 120 153 189 228 270 315 363 414 468 525 585 648
5 ... ... ... 195 237 282 330 381 435 492 552 615 681 750
6 ... ... ... ... 288 339 393 450 510 573 639 708 780 855
7 ... ... ... ... ... 399 459 522 588 657 729 804 882 963
8 ... ... ... ... ... ... 528 597 669 744 822 903 987 1074
9 ... ... ... ... ... ... ... 675 753 834 918 1005 1095 1188
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 840 927 1017 1110 1206 1305
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1023 1119 1218 1320 1425
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1224 1329 1437 1548
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1443 1557 1674
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1680 1803
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1935

Chevrons & holes:

C(m,n) = P(m, 2n - 1)
       = 6mn - m + 4n - 3

C*(m,n) = C(m,n) - 4m - 8n + 6
        = 6mn - 5m - 4n + 3
C m=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
n=2 16 27 38 49 60 71 82 93 104 115 126 137 148 159
3 26 43 60 77 94 111 128 145 162 179 196 213 230 247
4 36 59 82 105 128 151 174 197 220 243 266 289 312 335
5 46 75 104 133 162 191 220 249 278 307 336 365 394 423
6 56 91 126 161 196 231 266 301 336 371 406 441 476 511
7 66 107 148 189 230 271 312 353 394 435 476 517 558 599
8 76 123 170 217 264 311 358 405 452 499 546 593 640 687
9 86 139 192 245 298 351 404 457 510 563 616 669 722 775
10 96 155 214 273 332 391 450 509 568 627 686 745 804 863
11 106 171 236 301 366 431 496 561 626 691 756 821 886 951
12 116 187 258 329 400 471 542 613 684 755 826 897 968 1039
13 126 203 280 357 434 511 588 665 742 819 896 973 1050 1127
14 136 219 302 385 468 551 634 717 800 883 966 1049 1132 1215
15 146 235 324 413 502 591 680 769 858 947 1036 1125 1214 1303
C* m=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
n=2 2 9 16 23 30 37 44 51 58 65 72 79 86 93
3 4 17 30 43 56 69 82 95 108 121 134 147 160 173
4 6 25 44 63 82 101 120 139 158 177 196 215 234 253
5 8 33 58 83 108 133 158 183 208 233 258 283 308 333
6 10 41 72 103 134 165 196 227 258 289 320 351 382 413
7 12 49 86 123 160 197 234 271 308 345 382 419 456 493
8 14 57 100 143 186 229 272 315 358 401 444 487 530 573
9 16 65 114 163 212 261 310 359 408 457 506 555 604 653
10 18 73 128 183 238 293 348 403 458 513 568 623 678 733
11 20 81 142 203 264 325 386 447 508 569 630 691 752 813
12 22 89 156 223 290 357 424 491 558 625 692 759 826 893
13 24 97 170 243 316 389 462 535 608 681 754 827 900 973
14 26 105 184 263 342 421 500 579 658 737 816 895 974 1053
15 28 113 198 283 368 453 538 623 708 793 878 963 1048 1133

Butterflies & holes:

B(m,n) = He(m,n) - 2P(n-1,n-1) + 8(n - 1) - 2
       = 6mn - 3n² - m + 10n - 6

B*(m,n) = B(m,n) - 4m - 8n + 6
        = 6mn - 3n² - 5m + 2n
B m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=2 24 35 46 57 68 79 90 101 112 123 134 145 156 167 178
3 ... 48 65 82 99 116 133 150 167 184 201 218 235 252 269
4 ... ... 78 101 124 147 170 193 216 239 262 285 308 331 354
5 ... ... ... 114 143 172 201 230 259 288 317 346 375 404 433
6 ... ... ... ... 156 191 226 261 296 331 366 401 436 471 506
7 ... ... ... ... ... 204 245 286 327 368 409 450 491 532 573
8 ... ... ... ... ... ... 258 305 352 399 446 493 540 587 634
9 ... ... ... ... ... ... ... 318 371 424 477 530 583 636 689
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 384 443 502 561 620 679 738
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 456 521 586 651 716 781
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 534 605 676 747 818
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 618 695 772 849
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 708 791 874
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 804 893
16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 906
B* m=2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
n=2 6 13 20 27 34 41 48 55 62 69 76 83 90 97 104
3 ... 18 31 44 57 70 83 96 109 122 135 148 161 174 187
4 ... ... 36 55 74 93 112 131 150 169 188 207 226 245 264
5 ... ... ... 60 85 110 135 160 185 210 235 260 285 310 335
6 ... ... ... ... 90 121 152 183 214 245 276 307 338 369 400
7 ... ... ... ... ... 126 163 200 237 274 311 348 385 422 459
8 ... ... ... ... ... ... 168 211 254 297 340 383 426 469 512
9 ... ... ... ... ... ... ... 216 265 314 363 412 461 510 559
10 ... ... ... ... ... ... ... ... 270 325 380 435 490 545 600
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 330 391 452 513 574 635
12 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 396 463 530 597 664
13 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 468 541 614 687
14 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 546 625 704
15 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 630 715
16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 720

Potential Puzzles

Puzzles not otherwise noted below have not been implemented or solved.

Initial numbers are the counts of unit line segments in the puzzles.

16: tetratwigs (polytwigs order 4)

24: one-sided tetratwigs (polytwigs order 4)

28: polytwigs order 1-4

39: one-sided polytwigs order 1-4

51: quasi-tritwigs

58: quasi-polytwigs order 1-3

60: pentatwigs (polytwigs order 5)

76: tetratwigs & pentatwigs (polytwigs order 4 & 5)

84: one-sided quasi-tritwigs

88: polytwigs order 1-5

93: one-sided quasi-polytwigs order 1-3

95: one-sided pentatwigs (polytwigs order 5)

119: one-sided polytwigs order 4 & 5 (tetratwigs & pentatwigs)

134: one-sided polytwigs order 1-5

162: hexatwigs (polytwigs order 6)

250: polytwigs order 1-6

294: one-sided hexatwigs (polytwigs order 6)

428: one-sided polytwigs order 1-6

546: heptatwigs