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數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)樂(lè)園之一百四十一(4×4幻方與高階幻方)

2009-04-08 15:29:01      下載試卷

  歐洲人開始研究幻方的時(shí)間大約是在15世紀(jì)前期.當(dāng)時(shí)阿格利帕(Agrippa)作出了3至9階的所有幻方.從古到今,數(shù)字對(duì)許多人而言帶有一絲神秘色彩(例如一般人常認(rèn)為13不吉利),而幻方也的確有其特殊之處.藝術(shù)家丟勒(Dürer)在其名為《憂郁》(Melancholy)的版畫中,就將創(chuàng)作年份1514記在4×4的幻方中(圖1).


  在這個(gè)幻方中,行、列與主對(duì)角線的數(shù)字和皆為34.除此之外,在這個(gè)幻方中,還有許多位置對(duì)稱的4個(gè)數(shù)字的和等于34,例如:16、13、4、1與3、8、14、9.你能找到其他的數(shù)字嗎?

  用1、2、…16這些數(shù)字,可以作出880個(gè)不同的4×4幻方.弗蘭尼柯(Frénicle)在1693年將這些幻方全部予以公布.但并不是每一個(gè)幻方都具有如丟勒幻方的對(duì)稱性;有些只具有幻方的基本性質(zhì),稱為簡(jiǎn)單幻方;還有一些稱為納西克(Nasik)的幻方,則被認(rèn)為是最完美,而且是比丟勒幻方更富于對(duì)稱性的幻方.下面各舉一例(圖2和圖3).



  請(qǐng)?jiān)囍谏厦鎯蓚(gè)幻方中,找出4個(gè)具有對(duì)稱性且總和為34的數(shù)字.試試你能用1到16的數(shù)字組合出多少不同的4×4幻方.

  要作出偶數(shù)階的幻方并沒(méi)有特殊的好方法,但對(duì)于奇數(shù)階的幻方,有一種由梅茲利亞克(Bachet de Méziriac)發(fā)明的方法卻很值得介紹.圖4所示為這種方法在5×5幻方中的應(yīng)用,此方法對(duì)其他任何奇數(shù)階的幻方也同樣適用.

  首先如圖4所示,將5×5方陣展開成菱形.現(xiàn)在由最左邊的格子開始,沿對(duì)角線依序?qū)?shù)字填入,至最上方的格子為止.以此類推,如圖4所示.然后想象一下,將方陣外的數(shù)字滑入方陣的另一邊,但不改變其相對(duì)位置,結(jié)果就能形成幻方.



  特別值得一提的幻方是歐拉(Euler)的8×8幻方,這也就是“馬的路徑”.顯然維多利亞時(shí)代的謎題大師杜德尼(H.E.Dudeney)并不知道歐拉的發(fā)現(xiàn),因?yàn)樗谘芯看祟惢梅綍r(shí)曾表示:“是否能找到完美的解答?我認(rèn)為并不可能,不過(guò)這只是我個(gè)人誠(chéng)實(shí)的意見而已.”

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