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數學學習樂園之一百四十一(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間大約是在15世紀前期.當時阿格利帕(Agrippa)作出了3至9階的所有幻方.從古到今,數字對許多人而言帶有一絲神秘色彩(例如一般人常認為13不吉利),而幻方也的確有其特殊之處.藝術家丟勒(Dürer)在其名為《憂郁》(Melancholy)的版畫中,就將創作年份1514記在4×4的幻方中(圖1).


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

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



  請試著在上面兩個幻方中,找出4個具有對稱性且總和為34的數字.試試你能用1到16的數字組合出多少不同的4×4幻方.

  要作出偶數階的幻方并沒有特殊的好方法,但對于奇數階的幻方,有一種由梅茲利亞克(Bachet de Méziriac)發明的方法卻很值得介紹.圖4所示為這種方法在5×5幻方中的應用,此方法對其他任何奇數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.現在由最左邊的格子開始,沿對角線依序將數字填入,至最上方的格子為止.以此類推,如圖4所示.然后想象一下,將方陣外的數字滑入方陣的另一邊,但不改變其相對位置,結果就能形成幻方.



  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”.顯然維多利亞時代的謎題大師杜德尼(H.E.Dudeney)并不知道歐拉的發現,因為他在研究此類幻方時曾表示:“是否能找到完美的解答?我認為并不可能,不過這只是我個人誠實的意見而已.”

來源:網絡

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