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2001年7月13日,北京申奥成功,举国欢腾!昆明理工大学杨高石教授设计了奥运徽章幻五环,既有伟大的历史意义,又是情趣盎然的数学小游戏。
芜湖王忠汉老先生由题解研究,推广到幻三环、相交幻五环,一番辛劳探索,趣解多多成谱,开创出与幻方相映成趣的又一分支。我说幻环两音略似,改称魔环较好?一来与幻方名称相对分庭抗礼,二者构造精巧微妙,来之不易,浸透一股魔力让我等痴迷探求,苦苦研究。王忠汉老先生先行一步,成果斐然!我闻之赞叹不已,灵感顿出,续拟出魔环初探五图附后,望幻方同仁大展才智、奋勇赶上。并作出以下定义与研究,供诸君参考使用。
几个圆环相套,每一环内诸数之和S相等,称之为魔环。魔环内每一分割出的封闭区域称为一元,合计n元,此图型称为r环n元。在r环n元中,每一元内可放置自然数1到n中的一个。为了研究方便,我们定义:某一元是k个环的公共部分,即k环之交,则称其为k重元,某一环内共有t个元,则称其为t元环,明显可见,k,
t值越大,
则制作益加艰难!计算重复的元或环都可得到折合元数,乘以中值(1+n)/2则得估计环和S,成功当在其左右,幸得妙解望早闻佳音。
魔环填数的数学本质是一个非齐次线性方程组的求自然数解的问题。共有r个n元(未知数)方程,写成一个r行n+1列的增广矩阵A:B;其中aij=1或0,bi=S;只有r个主元,n-r个自由元,特别要求当i¹j时,xi¹xj;且xiÎN及
xiÎ[1,n]。我迷惑于是编程让电脑运算寻找还是凭灵感拼凑,可能后者更快速见效些,因为在排列与判断处,电脑远远逊于人的直觉!高君王老先生等同仁的灵敏与经验远胜于我,故先奉上魔环初探八图及续六图,求得趣解,然后才可能摸索出一般制作方法。
王老先生觉察到中环或多元环是解题的关键,其中用到棋子分成若干份,正是我曾研究过尚未面世的分组问题,协助提供如下。
定义1:将n 个相同元素分成 r(r≤n)个无序组(每组中至少有一个元素),称作相同元素的分组问题,简称分组问题。所有不同的分法方案总数称作分法种数,记作M(n,r),又称分组数M(n,r)。
引理5:把自然数k分拆成r个自然数之和,即有x1+x2+…+xr=k
成立,又称作自然数k的可重复的无序分拆,其分拆(方案)数即分组数M(k,r)。
定义5:把自然数k分拆成r个互不相等的自然数之和,即有
x1+x2+…+xr=k,且x1x2…xr成立,称为自然数k的不重复的r -分拆;其分拆(方案)数记作N(k,r)。
定理六:把自然数k分拆成r个互不相等的自然数之和,称为不重复的分拆;其分拆数记作N(k,r),则有
只有当k-r(r-1)/2≥r时,才能得到N(k,r)≠0;
我查询并思索一番,对王老先生的五环谱数字作以下的补充:
N(38,8)=2, N(39,8)=3,
N(40,8)=5, 补E:1,2,3,4,6,7,8,9. N(41,8)=7, 补G: 1,2,3,4,6,7,8,10.
N(42,8)=11, 补九:1,2,3,4,5,7,8,12.
补十:1,2,3,4,5,7,9,11. 补十一:1,2,3,4,5,8,9,10.
N(43,8)=15,补十一:1,2,3,4,5,7,8,13.
补十二:1,2,3,4,5,8,9,11. 补十三:1,2,3,4,5,7,9,12.
补十四:1,2,3,4,5,7,10,11. 补十五:1,2,3,4,6,7,9,11.
N(44,8)=22,要续补九套数字请自行找齐。很高兴能给分组问题找一个实践的用武之地,其内涵丰富,理论系统可与排列组合媲美,久难面世甚遗憾?!
《智慧之窗》改版杂志甚好,便于保存,亦书亦刊,利于出售推广。
我想个人专辑做为基础知识入门附在《智慧之窗》后半部分,分批一次刊登2~4章,这样简易工作量小好提高品质,又因合集共鸣体现了同仁情谊!还有近年幻方飞跃发展,知识不断出新完善,分批刊登可使研究撰写两不误,能补充在后。这也是李抗强和我总觉得钻研未尽,迟迟不能完稿的一部分原因,望考虑之。
苏茂铤先生灵思出众,总有生花妙笔,他发现一套(共10例)13阶4次特优密码,我总不知怎么使用,如何验证?渴望将以其作出的幻方几个寄来给我欣赏学习。
另会费问题,当前要支撑纯学术的研究与发展真不容易!幻方协会会员既有权获得各种资料,当然有义务交纳会费60~100元,是履行与否,而不是自愿问题。骨干应该多作奉献,欢迎各界的捐赠,当然协会工作也要不断改进,提高效率,降低费用。
我已汇往芜湖王忠汉老先生处会费200元,今后刊登文章再寄些出版费用。
谨祝新春愉快,万事如意!
曹 陵 敬上
2002年1月15日
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