幻方是具有独特形式的填数字问题,它体现了数学的一种和谐美。传说在夏禹时代,大禹治水来到洛水,有一天水里浮出一只大乌龟,龟背上刻着一个十分奇特的图案,后人称它为“洛书”。
原来人们都认为这里面有无穷的玄妙之处,隐藏着不可泄露的“天机”,无数的探求者为之耗尽了毕生的心血,后来人们发现这个图案实际上是一个数字图,终于识破了“天机”:“洛书”所画的图形中,一共有45个圆圈和黑点用数字“翻译”出来,恰好是1~9九个数字。这9个数字按照一定的规律排列,就得到了一个有9个自然数构成的数字图,这就是世界上最早出现的幻方,我国古人把它叫做“九宫图”。
“洛书”所表示的幻方是在3×3的方格子里(即三行三列),按一定的要求填上1~9这九个数,使每行、每列、两条对角线上各自三数之和相等。这样的3×3的幻方称为三阶幻方,“洛书”中的三阶幻方为:
4 9 2
3 5 7
8 1 6
一般来说,在n×n(n行n列)的方格里,既不重复又不遗漏地填上n²个连续的自然数,每个数占一格,并使排在任一行、任一列和两条对角线上的n个自然数的和相等,这样布列的方阵叫做n阶幻方,这个和叫做幻和,n叫做阶。
下面举例子说明怎样构造幻方。
[例1] 将1~9九个自然数填在九个方格中,使每行、每列、两条对角线上三个数字的和都相等。
一、一般方法:
[分析思路] 关键是找出题目中隐藏的条件。制造这个幻方首先要计算出每行、每列、两条对角线上的三个数字的和是几。1~9这九个数的和是45,把45平均分到三行,每行的三个数的和是45÷3=15。同样,每列三个数的和,每条对角线上的和也都等于15。根据这样的要求,我们找出在1~9这九个数中,和为15的三个数有以下8种组合方式:
(1)1,5,9 (2)1,6,8 (3)2,5,8 (4)2,4,9
(5)2,6,7 (6)3,4,8 (7)3,5,7 (8)4,5,6
因此,每行、每列、两条对角线上的数,可以是上面任意一个组合中的三个数。通过观察发现,中心一方格里的数计算了四次,要求它能在四个算式中出现,只有5符合条件,所以将5填在中间一格。2、4、6、8各出现在三个算式中,而四个角上方格中的数,要计算三次,因此,将这四个数分别填在四角的方格里,其它方格里的数就比较容易确定了。
按照上面的分析,我们可以得到8种不同的三阶幻方(前面介绍的“洛书”是其中一种),下面再给出一种:
2 9 4
7 5 3
6 1 8
把它适当变化,就可以得到其余的6种三阶幻方,大家不妨试试。
总结构造幻方的一般方法是:1、求出幻和。2、填写中间数。3、填写四个角上的数。4、填写其余位置上的数。
二、简便方法:
[例2]把2、6、10、14、18、22、26、30、34九个数填在九宫图中,使每行、每列、两条对角线上的三个数字的和都相等。
[分析思路] 可以按照一般方法来构造。下面介绍一种简便的方法:
九个数按大小顺序排列,排在中间位置的数(即第5个数“18”)填在中间位置,填在四个角上的数分别是第2、4、6、8个数(这四个数分别是6、14、22、30),且第2个数和第8个数在同一条对角线上,第4个数和第6个数在同一条对角线上,最后把剩下的第1、3、7、9个数(这四个数分别是2、10、26、34)根据每行、每列、每条对角线上的和等于54,(6+18+30=54,14+18+22=54),分别填入相应的格子里。
根据以上的分析,得出下图:
6 26 22
34 18 2
14 10 30
根据上面的方法,我们试着把下面每组数分别填在九宫图中,使之成为三阶幻方:
(1)6,7,8,9,10,11,12,13,14
(2)2,4,6,12,14,16,22,24,26
(3)10,11,12,14,15,16,18,19
参考书目:
华罗庚金杯少年数学邀请赛集训指南. 北京:中国大百科全书出版社,1999.3
注:发表于2003年第2期《阳江教育》第43页
