对于大于等于3的整数n,构造n×n的方阵或表格,将1到n2的n2个数字填到方格中,使得每行、每列和两条主对角线上方格里的数字的和都相等,就构成了一个“幻方”。这种幻方称为“经典幻方”。所以:
(1) 4阶幻方就是将1,2,3,4,......,16这16个数字填入4X4的方格当中,所以这16个数之和就是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。
从这个推算过程可以看出:4阶幻方从1到4×4=16个数,首尾往里两两结对相加之和是17,一共有8个17,总和是136。而幻和只需是一行或一列方格里的各数之和,就是136的1/4,所以经典4阶幻方的幻和是136÷4=34。
(2)4阶幻方A(图3-1)是完全水平轴对称的;
4阶幻方B(图3-2)是完全垂直轴对称的;
4阶幻方C(图3-3)是中心对称的。
两个对称方格里的数之和,称作对称和。它们的对称和都是17。
凡是中心对称的幻方,就称作“中心对称幻方”,也称对称幻方。
丢勒的版画《忧郁》中的幻方是4阶中心对称幻方。
2,中国不仅拥用幻方的发明权,而且是对幻方最早进行幻方系统研究的国家。南宋数学家杨辉(1127~1279)是世界上系统研究幻方第一人,他一共编制了4阶到10阶的多种幻方,他编制幻方的方法成为经典。
3,下图是杨辉取名四阶纵横图的幻方,是4阶(中心)对称幻方。
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图3-4 图3-5 图3-6
请您观察:(1)这3个幻方之间存在的转换关系吗?为什么?
(2)幻方E(图3-5)与幻方F( 图3-6)是很有趣的两个幻方:
①任意取4个小方格构成的一个正方形,其4数之和各是多少?
②里面所包含的任何一个小三阶方阵,其角上4 个数字之和各是多少?
附:
对于大于等于3的经典幻方的幻和怎么计算呢?
对于n≥3,从1到n2的n2个数之和,学过等差数列的会用求和公式:
首项a1=1,末项am=n2,项数m=n2,Sm=[m(a1+am)]/2,所以
Sm=[m(1+am)]/2=[n2(1+n2)]/2.
而幻和Hn只需一行方格里的各数之和,所以,大于等于3的经典幻方的幻和是Hn=[n2(1+n2)]/2n=n(1+n2)/2.