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[速算与巧算] 数学学习乐园之一百四十一(4×4幻方与高阶幻方)

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发表于 2016-8-15 10:28:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
  欧洲人开始研究幻方的时间大约是在15世纪前期.当时阿格利帕(Agrippa)作出了3至9阶的所有幻方.从古到今,数字对许多人而言带有一丝神秘色彩(例如一般人常认为13不吉利),而幻方也的确有其特殊之处.艺术家丢勒(Dürer)在其名为《忧郁》(Melancholy)的版画中,就将创作年份1514记在4×4的幻方中(图1).
       

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          在这个幻方中,行、列与主对角线的数字和皆为34.除此之外,在这个幻方中,还有许多位置对称的4个数字的和等于34,例如:16、13、4、1与3、8、14、9.你能找到其他的数字吗?
       
          用1、2、…16这些数字,可以作出880个不同的4×4幻方.弗兰尼柯(Frénicle)在1693年将这些幻方全部予以公布.但并不是每一个幻方都具有如丢勒幻方的对称性;有些只具有幻方的基本性质,称为简单幻方;还有一些称为纳西克(Nasik)的幻方,则被认为是最完美,而且是比丢勒幻方更富于对称性的幻方.下面各举一例(图2和图3).
       

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          请试着在上面两个幻方中,找出4个具有对称性且总和为34的数字.试试你能用1到16的数字组合出多少不同的4×4幻方.
       
          要作出偶数阶的幻方并没有特殊的好方法,但对于奇数阶的幻方,有一种由梅兹利亚克(Bachet de Méziriac)发明的方法却很值得介绍.图4所示为这种方法在5×5幻方中的应用,此方法对其他任何奇数阶的幻方也同样适用.
       
          首先如图4所示,将5×5方阵展开成菱形.现在由最左边的格子开始,沿对角线依序将数字填入,至最上方的格子为止.以此类推,如图4所示.然后想象一下,将方阵外的数字滑入方阵的另一边,但不改变其相对位置,结果就能形成幻方.
       

181856_4dc3cb10cadce31.jpg

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          特别值得一提的幻方是欧拉(Euler)的8×8幻方,这也就是“马的路径”.显然维多利亚时代的谜题大师杜德尼(H.E.Dudeney)并不知道欧拉的发现,因为他在研究此类幻方时曾表示:“是否能找到完美的解答?我认为并不可能,不过这只是我个人诚实的意见而已.”
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