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三、互补数与中心对称幻方的概念

作者:佚名 | 发表日期:2007-11-07 | 浏览:83次 | 加入收藏

        在三阶幻方中,每一对和为10的数,是一对互补数 (特别地,中心数5与它本身是一对互补数)。在四阶幻方中,每一对和为17的数,是一对互补数。一般说来,在n阶幻方中,某两个数的和等于幻方中最大的数与1的和,称它们为一对互补数。例如11阶幻方中最大的数是121,该幻方中的56与65是一对互补数。

       在图1—6B这个四阶幻方中,我们用不同的字体或小圆点标记了3对数:3与14、8与9、3与14。我们说,这3对数在这个幻方中都是成中心对称的。在每一个四阶幻方(四阶方阵)中,都有8对成中心对称的数。 同样,在三阶幻方(三阶方阵)中,有四对数是成中心对称的。特别地,奇数阶幻方的中心数(指中心方格的数)与它本身是中心对称的 。注意:偶数阶幻方没有中心数。

     1     2     3     4       16    2     3.  13       16     3    2   13         16   3   13    2

     9   10   11   12         9    7     6   12         9     6    7   12          9    6   12    7

     5     6     7     8        5   11   10     8         5   10   11    8          4  15    1   14

   13   14   15   16        4   14.   15    1         4   15   14    1          5  10    8   11

     A  初始方阵        B  两对角线倒排   C  交换中间两列      D  再作变换

                           图1—6  制作四阶幻方的又一组例子

         在图1—6B中,每一对成中心对称的数同时恰好都是互补

数,我们说图1—6B与图1—6C幻方都是中心对称的。

        一般说来, 如果一个幻方的每一对成中心对称的数都是一对互补数, 称这个幻方为中心对称幻方。图1—1、图1—2A、图1—2B幻方也都是中心对称幻方。图1—6D则不是中心对称的幻方(这个幻方中的数16与11是中心对称的,而这一对数不是互补的。请注意,在幻方中,只要有一对成中心对称的数不是互补的,我们就可以判定该幻方不是中心对称幻方)。类似地,有中心对称方阵的概念,例如图1—1A这个三阶自然方阵与图1—5A这个四阶自然方阵都是中心对称的方阵(一般说来,任何阶数的自然方阵都是中心对称的)。另外图1—6A也是一个中心对称四阶方阵。

       这里给出中心对称幻方的一个重要的结论:在任何一个中心对称幻方中,每一对上下对称的两行上诸数之平方和总是相等的,每一对左右对称的两列也是这样 。例如顺数第二行与倒数第二行是上下对称的两行是上下对称的两行。图1—6B幻方中,第二行诸数之平方和是81+49+36+144 = 310,第三行诸数之平方和是25+121+100+64 = 310,两者确实是相等的;该幻方第一行诸数之平方和与第四行诸数之平方和都是438。

又如在下页图1—7E这个五阶幻方中,每一对和为26的数(例如数1与25、数2与24、数3与23、数11与15的和都是26)在该幻方中都是成中心对称的,这个幻方是中心对称的五阶幻方。它的第二行诸数之平方和为144+64+16+625+256 = 1105,第四行诸数之平方和为100+1+484+324+196 = 1105,两者也确实是相等的。它的第一行、第五行诸数之平方和都是1155;它的第一列、第五列诸数之平方和都是1055。

       请注意,这里所介绍的中心对称幻方的一个重要性质,表明中心对称幻方是一种比较规范、比较优美的幻方。本书把中心对称幻方作为一个研究的重点。

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