Magi , eller magisk firkant - et kvadrat fyldt med forskellige tal på en sådan måde, at summen af tallene i hver række, hver kolonne og på begge diagonaler er den samme. Hvis summen af tal kun i rækker og kolonner er lige store i en firkant, kaldes det semimagisk . Et normalt kvadrat er et magisk kvadrat fyldt med naturlige tal fra til . Et magisk kvadrat kaldes associativt eller symmetrisk , hvis summen af to tal placeret symmetrisk omkring midten af kvadratet er lig med .
Normale magiske firkanter findes for alle ordrer undtagen , selvom sagen er triviel - firkanten består af et enkelt tal. Den minimale ikke-trivielle sag er vist nedenfor, den har rækkefølge 3.
3 | 9 | otte | femten | |||
ti | 6 | 2 | femten | |||
5 | fire | 9 | femten | |||
femten | femten | femten | femten | femten |
Summen af tallene i hver række, kolonne og diagonal kaldes den magiske konstant , M. Den magiske konstant for et normalt magisk kvadrat afhænger kun af n og er givet af
Hvorfor er det sådan? | |
---|---|
Lad der være en firkant med en side Så vil der være tal i den. På den ene side summen af tal På den anden side, Ligestilling får vi den ønskede formel. |
De første værdier af de magiske konstanter er angivet i følgende tabel (sekvens A006003 i OEIS ):
Bestille | 3 | fire | 5 | 6 | 7 | otte | 9 | ti | elleve | 12 | 13 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
femten | 34 | 65 | 111 | 175 | 260 | 369 | 505 | 671 | 870 | 1105 |
4+5+6 = 15
7+8+9+10 = 34
11+12+15+16+17 = 65
18+19+20+21+22+23 = 111
24+25+26+27+28+29+30 = 175
Lo Shu ( kinesisk trad. 洛書, ex. 洛书, pinyin luò shū ) Den eneste normale 3×3 magiske firkant. Det var kendt i det gamle Kina , det første billede på en skildpaddeskal dateres tilbage til 2200 f.Kr. e.
5 | ti | 3 |
fire | 6 | otte |
9 | 2 | 7 |
I den vesteuropæiske tradition kaldes denne plads for Saturns segl (Sigillum Saturni). Kvadratparametre: 3, 9, 15, 45 (3x3, 9 celler, summen i alle retninger er 15, summen af alle tal i kvadratet er 45). [en]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 = 45
45 : 3 = 15
Den tidligste unikke magiske plads findes i en inskription fra det 11. århundrede i den indiske by Khajuraho :
7 | 12 | en | fjorten |
2 | 13 | otte | elleve |
16 | 3 | ti | 5 |
9 | 6 | femten | fire |
Dette er den første magiske firkant, der tilhører rækken af de såkaldte "djævel"-firkanter [2] .
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136: 4 = 34
I det XIII århundrede. matematikeren Yang Hui tog problemet op med metoder til at konstruere magiske firkanter. Hans forskning blev derefter videreført af andre kinesiske matematikere. Yang Hui betragtede magiske firkanter ikke kun af den tredje, men også af højere orden. Nogle af hans firkanter var ret komplekse, men han gav altid regler for at konstruere dem. Han formåede at konstruere et magisk kvadrat af sjette orden, og sidstnævnte viste sig at være næsten associativt (kun to par af centralt modsatte tal i den summer ikke til 37) [3] :
27 | 29 | 2 | fire | 13 | 36 |
9 | elleve | tyve | 22 | 31 | atten |
32 | 25 | 7 | 3 | 21 | 23 |
fjorten | 16 | 34 | tredive | 12 | 5 |
28 | 6 | femten | 17 | 26 | 19 |
en | 24 | 33 | 35 | otte | ti |
Summen af alle 36 tal er 666
666: 6 = 111
Den 4x4 magiske firkant afbildet i Albrecht Dürers gravering " Melancholia I " anses for at være den tidligste i europæisk kunst [4] . De to midterste tal i nederste række angiver datoen, hvor graveringen blev til ( 1514 ).
17 | fire | 3 | fjorten |
6 | 12 | 13 | 9 |
ti | otte | 9 | 13 |
5 | 17 | 16 | 2 |
Summen af tallene på enhver vandret, lodret og diagonal er 34. Denne sum forekommer også i alle hjørnefelter 2×2, i den centrale firkant (10+11+6+7), i kvadratet af hjørneceller (16+) 13+4+1 ), i felterne bygget af "ridderens træk" (2+12+15+5 og 3+8+14+9), i hjørnerne af rektanglerne parallelt med diagonalerne (2+8+ 15+9 og 3+12+14+5 ), i rektangler dannet af par af midterceller på modsatte sider (3+2+15+14 og 5+8+9+12). De fleste yderligere symmetrier skyldes det faktum, at summen af to centralt symmetriske tal er 17.
Denne firkant er "Jupiters segl" (Sigillum Iouis), har parametre: 4, 16, 34, 136 (størrelse 4x4, 16 celler, summen af retningerne er 34, summen af alle tal er 136). [en]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136: 4 = 34
Mars kvadrat eller segl (Sigillum Martis) har følgende parametre: 5, 25, 65, 325 (størrelse 5x5, 25 celler, summen af retningerne er 65, summen af alle tal er 325).
12 | 25 | otte | 21 | fire |
5 | 13 | 26 | 9 | 17 |
atten | 6 | fjorten | 22 | ti |
elleve | 19 | 2 | femten | 23 |
24 | 7 | tyve | 3 | 16 |
325: 5 = 65
Solens kvadratSolens segl (Sigillum Solis) har følgende parametre: 6, 36, 111, 666 (størrelse 6x6, 36 celler, summen i retninger er 111, summen af alle tal er 666).
6 | 32 | 3 | 34 | 35 | en |
7 | elleve | 27 | 28 | otte | tredive |
19 | fjorten | 16 | femten | 23 | 24 |
atten | tyve | 22 | 21 | 17 | 13 |
25 | 29 | ti | 9 | 26 | 12 |
36 | 5 | 33 | fire | 2 | 31 |
666: 6 = 111
Venus SquareVenus segl (Sigillum Veneris) har følgende parametre: 7, 49, 175, 1225 (størrelse 7x7, 49 celler, summen af retningerne er 175, summen af alle tal er 1225).
22 | 47 | 16 | 41 | ti | 35 | fire |
5 | 23 | 48 | 17 | 42 | elleve | 29 |
tredive | 6 | 24 | 49 | atten | 36 | 12 |
13 | 31 | 7 | 25 | 43 | 19 | 37 |
38 | fjorten | 32 | en | 26 | 44 | tyve |
21 | 39 | otte | 33 | 2 | 27 | 45 |
46 | femten | 40 | 9 | 34 | 3 | 28 |
1225: 7 = 175
Mercury squareMerkurs segl (Sigillum Mercurio) har parametrene: 8, 64, 260, 2080 (størrelse 8x8, 64 celler, summen af retningerne er 260, summen af alle tal er 2080).
otte | 58 | 59 | 5 | fire | 62 | 63 | en |
49 | femten | fjorten | 52 | 53 | elleve | ti | 56 |
41 | 23 | 22 | 44 | 45 | 19 | atten | 48 |
32 | 34 | 35 | 29 | 28 | 38 | 39 | 25 |
40 | 26 | 27 | 37 | 36 | tredive | 31 | 33 |
17 | 47 | 46 | tyve | 21 | 43 | 42 | 24 |
9 | 55 | 54 | 12 | 13 | 51 | halvtreds | 16 |
64 | 2 | 3 | 61 | 60 | 6 | 7 | 57 |
2080: 8 = 260
Månens kvadratMånens segl (Sigillum Lune) har følgende parametre: 9, 81, 369, 3321 (størrelse 9x9, 81 celler, summen af retningerne er 369, summen af alle tal er 3321).
37 | 78 | 29 | 70 | 21 | 62 | 13 | 54 | 5 |
6 | 38 | 79 | tredive | 71 | 22 | 63 | fjorten | 46 |
47 | 7 | 39 | 80 | 31 | 72 | 23 | 55 | femten |
16 | 48 | otte | 40 | 81 | 32 | 64 | 24 | 56 |
57 | 17 | 49 | 9 | 41 | 73 | 33 | 65 | 25 |
26 | 58 | atten | halvtreds | en | 42 | 74 | 34 | 66 |
67 | 27 | 59 | ti | 51 | 2 | 43 | 75 | 35 |
36 | 68 | 19 | 60 | elleve | 52 | 3 | 44 | 76 |
77 | 28 | 69 | tyve | 61 | 12 | 53 | fire | 45 |
3321: 9 = 369
Hvis en ikke-strengt naturlig række af tal indtastes i en n × n kvadratisk matrix , så er denne magiske firkant ikke -traditionel . Nedenfor er to sådanne magiske firkanter fyldt med primtal (selvom 1 ikke betragtes som et primtal i moderne talteori). Den første har orden n=3 (Dudeneys kvadrat); den anden ( 4x4 i størrelse ) er en Johnson firkant. Begge blev udviklet i begyndelsen af det tyvende århundrede [5] :
|
|
Der er flere andre lignende eksempler:
17 | 89 | 71 |
113 | 59 | 5 |
47 | 29 | 101 |
en | 823 | 821 | 809 | 811 | 797 | 19 | 29 | 313 | 31 | 23 | 37 |
89 | 83 | 211 | 79 | 641 | 631 | 619 | 709 | 617 | 53 | 43 | 739 |
97 | 227 | 103 | 107 | 193 | 557 | 719 | 727 | 607 | 139 | 757 | 281 |
223 | 653 | 499 | 197 | 109 | 113 | 563 | 479 | 173 | 761 | 587 | 157 |
367 | 379 | 521 | 383 | 241 | 467 | 257 | 263 | 269 | 167 | 601 | 599 |
349 | 359 | 353 | 647 | 389 | 331 | 317 | 311 | 409 | 307 | 293 | 449 |
503 | 523 | 233 | 337 | 547 | 397 | 421 | 17 | 401 | 271 | 431 | 433 |
229 | 491 | 373 | 487 | 461 | 251 | 443 | 463 | 137 | 439 | 457 | 283 |
509 | 199 | 73 | 541 | 347 | 191 | 181 | 569 | 577 | 571 | 163 | 593 |
661 | 101 | 643 | 239 | 691 | 701 | 127 | 131 | 179 | 613 | 277 | 151 |
659 | 673 | 677 | 683 | 71 | 67 | 61 | 47 | 59 | 743 | 733 | 41 |
827 | 3 | 7 | 5 | 13 | elleve | 787 | 769 | 773 | 419 | 149 | 751 |
Det sidste kvadrat, bygget i 1913 af J. N. Munsey, er bemærkelsesværdigt ved, at det består af 143 på hinanden følgende primtal, med undtagelse af to punkter: en enhed er involveret, som ikke er et primtal, og det eneste lige primtal 2 er ikke brugt.
En pandiagonal eller djævlefirkant er en magisk firkant, hvor summen af tal langs brudte diagonaler (diagonaler, der dannes, når en firkant foldes til en torus ) i begge retninger også falder sammen med en magisk konstant .
Der er 48 4x4 djævlefirkanter i standard Frenicle-formen - op til rotationer og refleksioner. Den pandiagonale firkant bevarer egenskaber, når rækker eller kolonner ombrydes parallelt . Derfor kan enheden flyttes til øverste venstre hjørne. Der er 12 sådanne pandiagonale firkanter i flyet. De er angivet nedenfor:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
På torus svarer hver fire af disse firkanter til en firkant. Dette skyldes, at hvis du skærer torusen, startende fra enhedscellen som et hjørne, så kan dette gøres på fire måder, ved at tildele hvert af de fire hjørner af enhedscellen vinklen af en flad firkant. Derfor er der kun 3 pandiagonale firkanter på torusen.Enhver af de fire, der svarer til den, kan bruges til at afbilde en torisk firkant på et plan.
Pandiagonale kvadrater findes for ulige orden n>3, for enhver dobbelt paritetsorden n=4k (k=1,2,3…) og eksisterer ikke for enkelt paritetsrækkefølge ( ).
Pandiagonale firkanter af fjerde orden har en række yderligere egenskaber, for hvilke de kaldes perfekte . Perfekte firkanter af ulige rækkefølge eksisterer ikke. Blandt pandiagonale kvadrater med dobbelt paritet over 4 er der perfekte [6] .
Pandiagonale firkanter af femte orden 3600 . Inklusive toriske parallelle oversættelser er der 144 forskellige pandiagonale firkanter. En af dem er vist nedenfor.
en | femten | 24 | otte | 17 |
9 | atten | 2 | elleve | 25 |
12 | 21 | ti | 19 | 3 |
tyve | fire | 13 | 22 | 6 |
23 | 7 | 16 | 5 | fjorten |
Hvis det pandiagonale kvadrat også er associativt, så kaldes det ideal [7] . Et eksempel på en perfekt magisk firkant:
21 | 32 | 70 | 26 | 28 | 69 | 22 | 36 | 65 |
40 | 81 | 2 | 39 | 77 | 7 | 44 | 73 | 6 |
62 | ti | 51 | 58 | atten | 47 | 57 | fjorten | 52 |
66 | 23 | 34 | 71 | 19 | 33 | 67 | 27 | 29 |
fire | 45 | 74 | 3 | 41 | 79 | otte | 37 | 78 |
53 | 55 | femten | 49 | 63 | elleve | 48 | 59 | 16 |
tredive | 68 | 25 | 35 | 64 | 24 | 31 | 72 | tyve |
76 | 9 | 38 | 75 | 5 | 43 | 80 | en | 42 |
17 | 46 | 60 | 13 | 54 | 56 | 12 | halvtreds | 61 |
Det er kendt, at der ikke er nogen ideelle magiske kvadrater af orden n = 4k+2 og intet kvadrat af orden n = 4 . Samtidig er der perfekte kvadrater af orden n = 8 . Ved at bruge metoden til at konstruere sammensatte kvadrater er det muligt at konstruere, på basis af et givet kvadrat af ottende orden, ideelle kvadrater af orden n = 8k, k=5,7,9... og orden n = 8^p, p=2,3,4… I 2008 blev der udviklet en kombinatorisk metode til at konstruere perfekte kvadrater af orden n = 4k, k = 2, 3, 4,...
Beskrevet af Yu. V. Chebrakov i The Theory of Magic Matrices .
For en given ulige n tegner du en n gange n kvadratisk tabel. Vi vil vedhæfte terrasser (pyramider) til dette bord på alle fire sider. Som et resultat får vi en trinvis symmetrisk figur.
|
Start fra venstre hjørne af den trinformede figur og fyld dens diagonale rækker med på hinanden følgende naturlige tal fra 1 til .
Derefter, for at opnå en klassisk matrix af N. orden, placeres tallene i terrasserne på de steder i NxN-tabellen, hvor de ville være, hvis de blev flyttet sammen med terrasserne, indtil terrasserne støder op til terrasserne. modsatte side af bordet.
|
|
Derudover er denne metode også sand, hvis det magiske kvadrat ikke skal sammensættes af tal fra 1 til N, men også fra K til N, hvor 1 <= K< N.
Reglerne for at konstruere magiske kvadrater falder i tre kategorier, afhængigt af om rækkefølgen af kvadratet er ulige, lig med to gange et ulige tal eller lig med fire gange et ulige tal. Den generelle metode til at konstruere alle kvadrater er ukendt, selvom forskellige skemaer er meget brugt. [8] [9] Det er muligt at finde alle magiske kvadrater af orden kun for , derfor særlige procedurer til at konstruere magiske kvadrater for . Den enkleste konstruktion er til en magisk firkant af ulige rækkefølge. Du skal indsætte et tal i cellen med koordinater (hvor og skift fra 1 til ) (Bemærk: denne formel er sand for alle kvadrater af ulige orden, undtagen kvadrater af formen . I disse kvadrater er summen af tallene på hoveddiagonalen er N mere end den magiske konstant.)
Det er endnu nemmere at konstruere konstruktionen som følger. En nxn matrix er taget. En trappet rhombus er bygget inde i den. I den er cellerne fra venstre og opad langs diagonalerne fyldt med en på hinanden følgende række ulige tal. Værdien af den centrale celle C bestemmes. Derefter vil værdierne i hjørnerne af den magiske firkant være som følger: øverste højre celle C-1 ; nederste venstre celle C+1; nederste højre celle Cn; øverste venstre celle C+n. Fyldning af tomme celler i trinvise hjørnetrekanter udføres i overensstemmelse med enkle regler: 1) i rækker stiger tallene fra venstre mod højre i trin på n + 1; 2) i kolonner fra top til bund øges tallene med et trin på n-1.
Algoritmer til at konstruere pandiagonale kvadrater [10] [11] og ideelle 9x9 magiske kvadrater er også blevet udviklet. [12] [13] Disse resultater giver os mulighed for at konstruere magiske kvadrater i perfekt orden for . [7] [14] Der er også generelle metoder til at arrangere perfekte magiske firkanter af ulige rækkefølge . [15] [16] Metoder til at konstruere ideelle magiske kvadrater af orden n=8k, k=1,2,3… [17] og perfekte magiske kvadrater er blevet udviklet. [18] Pandiagonale og ideelle kvadrater af lige-ulige rækkefølge kan kun kombineres, hvis de er utraditionelle. [19] [20] [21] Ikke desto mindre er det muligt at finde næsten pandiagonale firkanter [22] En særlig gruppe af ideelt perfekte magiske firkanter (traditionelle og ikke-traditionelle) [23] findes .
Magiske firkanter af ulige rækkefølge og rækkefølge af dobbelt paritet er blevet metodisk nøje udarbejdet. [24] Formaliseringen af kvadrater af rækkefølgen af enkelt paritet er meget vanskeligere, som illustreret af følgende skemaer:
|
|
|
Der er snesevis af andre metoder til at konstruere magiske firkanter.
Det er kendt, at skak , ligesom magiske firkanter, dukkede op for snesevis af århundreder siden i Indien . Derfor var det ikke tilfældigt, at ideen om en skaktilgang til konstruktionen af magiske firkanter opstod. Denne idé blev først udtrykt af Euler . Han forsøgte at få den fulde magiske plads ved konstant at gå rundt om ridderen. Han undlod dog at gøre dette, fordi talsummerne i hoveddiagonalerne afveg fra den magiske konstant. Skaklayout giver dig dog mulighed for at skabe enhver magisk firkant. Tallene udfyldes regelmæssigt og linje for linje under hensyntagen til cellernes farve.
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
---|---|---|---|---|
|