大罕(王方漢)
前面我們介紹了構造3階幻方(九宮格)的口訣法(楊輝法).
一般情形下,構造幻方的方法有多種多樣.相對來說,奇數階的幻方要簡單一點.這裡介紹由法國數學家羅貝爾(loubere 1600—1664)發現的一個方法(羅貝爾法).中國人把它也編成了一個口訣:
1居頂行正中央,依次斜填右向上,上出框時往下填,右出框時左邊放,排重便在下格填,右上排重一個樣.
1居頂行正中央:數字1放在頂行最中間的位置上;
依次斜填右向上:向右上角依次填入後續數字;
上出框時往下填:若上方出邊框,就在下一列的最底行填入後續數字;
右出框時左邊放:若右方出邊框,就在上一行的最左行填入後續數字;
排重就在下格填:若右上格已被數字填入,就在本列的下一行填入後續數字;
右上回頭切莫忘:按以上規定向上行走,受阻時就回頭,别忘記了.
羅貝爾法說的是一個爬山的過程,故稱為“爬山法”.
例如,圖1就是用爬山法構造的五階幻方.
前面講過, n階幻方的每一行n個數之和是相等的,這個和數叫做幻和.記為S(n),一方面,n階幻方中所有數字之和為1 2 3 … n^2=(n^2 )(n^2 1)/2,另一方面,n階幻方中所有數字之和為nS(n),
∴nS(n)= (n^2 )(n^2 1)/2,
∴S(n)= n(n^2 1)/2.此為幻和公式.
下面我們繪制一個11階的幻方!
11階的幻方的幻和為S(11)=11×(11^2 1)/2=671.
參見圖2.圖中的箭頭指示了從1到15的路徑.具體來說,就是:
把1填到第1行第6列(頂行的正中央),向上出框;
⇒2就填到最底一行(第11行)的下一列(第7列);
⇒3,4,5依次填到右上方的格子内,6填到第7行第11列時,向右出框;
⇒7就填到上一行(第6行)最左列(第1列);
⇒8,9,10依次填到右上方的格子内,11填到第2行第5列時,右上被1占據;
⇒12就填到本列(第5列)的下一行(第3行).以下類推.
至于偶數階幻方的構造,必須分雙偶(即n=4m)和單偶(即n=4m 2)兩種情況加以讨論.由于涉及内容較多,這裡就不加介紹了.圖3是4階幻方,幻和為34,圖4是6階幻方,幻和為111.
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