平方幻方与双重幻方的构造
梁培基
顾同新
一、
简介
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幻方,又称纵横图。学术界一般公认幻方于公元前2200年以前起源于我国。传说夏禹时代洛水(黄河的支流)里浮出一只神龟。背上有45个圆点,这些圆点组成9个图形,后人据各个图形圆点的数量,认为是代表9个数。整个图形称为“洛书”,又称“九宫”(即三阶幻方)。
三阶幻方(图1)是世界上最小的幻方,她开创了“幻方世界”的先河组合数学将其奉为“鼻祖”,炎黄子孙系引以为荣。
图1
二、幻方的种类
目前,幻方可分为三类:
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1 “和幻方”——把n2个互不相同的自然数排成n行、n列,使每一行、每一列及两条对角线上n个数之和都等于定值的方阵。这个定值称为“幻和”记作Sn。图1就是和幻方,其幻和S3=15已证明了存在n≥3阶和幻方。
2 “平方幻方”——不仅具有和幻方的性质,而且它们(每一行、每一列及两条对角线上,下同)的平方和也等于另外的定值的方阵。这个定值称为“平方幻方”,记作SSn。
法国人里利1901年造出这种幻方。图2是他造出的八阶平方幻方,其S8=260,SS8=11180 (以
后未见到其它阶平方幻方发表)。
图2
3 双重幻方——不仅具有和幻方的性质,而且它们的连乘积也等于另一个定值的方阵。这个定值称为“幻积”,记作лn。
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图3
S8=840,л8=2058068334656600
图4 S9=848,л9=5804807833440000
霍纳(W·W·Horner)在1955年与1956年发表了八阶与九阶双重幻方(图3与图4)。
三、幻方的进展
和幻方是幻方世界里的大家族,已造出多种和幻方。例如雪花幻方、全对称幻方、超级幻方、富兰克林型幻方、素数幻方、奇偶分居幻方、易位幻方、勾股弦幻方组、多功能组合幻方、……,它们各具特色,待另叙。
平方幻方并非任意阶次都能造出来。目前,仅造出2m(m≥3)阶及(2k+1)2阶(k=1,2,……)平方幻方。其它阶是否存在呢?还是个迷。
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