對於大於等於3的整數n,構造n×n的方陣或表格,將1到n2的n2個數字填到方格中,使得每行、每列和兩條主對角線上方格裏的數字的和都相等,就構成了一個“幻方”。這種幻方稱為“經典幻方”。所以:
(1) 4階幻方就是將1,2,3,4,......,16這16個數字填入4X4的方格當中,所以這16個數之和就是1+ 2 +3+ 4 +5+ 6+ 7+ 8+ 9+ 10+ 11+ 12+ 13+ 14+ 15+ 16
=(1+ 16)+(2 +15)+(3+ 14)+(4 +13)+(5+ 12)+(6+11)+(7+ 10)+(8+9)
=8×17=136。
從這個推算過程可以看出:4階幻方從1到4×4=16個數,首尾往裏兩兩結對相加之和是17,一共有8個17,總和是136。而幻和隻需是一行或一列方格裏的各數之和,就是136的1/4,所以經典4階幻方的幻和是136÷4=34。
(2)4階幻方A(圖3-1)是完全水平軸對稱的;
4階幻方B(圖3-2)是完全垂直軸對稱的;
4階幻方C(圖3-3)是中心對稱的。
兩個對稱方格裏的數之和,稱作對稱和。它們的對稱和都是17。
凡是中心對稱的幻方,就稱作“中心對稱幻方”,也稱對稱幻方。
丟勒的版畫《憂鬱》中的幻方是4階中心對稱幻方。
2,中國不僅擁用幻方的發明權,而且是對幻方最早進行幻方係統研究的國家。南宋數學家楊輝(1127~1279)是世界上係統研究幻方第一人,他一共編製了4階到10階的多種幻方,他編製幻方的方法成為經典。
3,下圖是楊輝取名四階縱橫圖的幻方,是4階(中心)對稱幻方。
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圖3-4 圖3-5 圖3-6
請您觀察:(1)這3個幻方之間存在的轉換關係嗎?為什麼?
(2)幻方E(圖3-5)與幻方F( 圖3-6)是很有趣的兩個幻方:
①任意取4個小方格構成的一個正方形,其4數之和各是多少?
②裏麵所包含的任何一個小三階方陣,其角上4 個數字之和各是多少?
附:
對於大於等於3的經典幻方的幻和怎麼計算呢?
對於n≥3,從1到n2的n2個數之和,學過等差數列的會用求和公式:
首項a1=1,末項am=n2,項數m=n2,Sm=[m(a1+am)]/2,所以
Sm=[m(1+am)]/2=[n2(1+n2)]/2.
而幻和Hn隻需一行方格裏的各數之和,所以,大於等於3的經典幻方的幻和是Hn=[n2(1+n2)]/2n=n(1+n2)/2.
