Magic , tai maaginen neliö - neliötaulukko , joka on täytetty eri numeroilla siten, että kunkin rivin, jokaisen sarakkeen ja molempien diagonaalien numeroiden summa on sama. Jos vain rivien ja sarakkeiden lukujen summat ovat yhtä suuret neliössä, sitä kutsutaan semimaagiseksi . Normaali neliö on maaginen neliö, joka on täytetty luonnollisilla luvuilla välillä - . Maagista neliötä kutsutaan assosiatiiviseksi tai symmetriseksi , jos minkä tahansa kahden neliön keskustan ympärillä symmetrisesti sijaitsevan luvun summa on yhtä suuri kuin .
Normaalit maagiset neliöt ovat olemassa kaikille tilauksille paitsi , vaikka tapaus on triviaali - neliö koostuu yhdestä numerosta. Pienin ei-triviaali tapaus on esitetty alla, sen järjestys on 3.
3 | 9 | kahdeksan | viisitoista | |||
kymmenen | 6 | 2 | viisitoista | |||
5 | neljä | 9 | viisitoista | |||
viisitoista | viisitoista | viisitoista | viisitoista | viisitoista |
Kunkin rivin , sarakkeen ja diagonaalin lukujen summaa kutsutaan maagiseksi vakioksi M. Normaalin maagisen neliön maaginen vakio riippuu vain n :stä ja sen antaa
Miksi se on niin? | |
---|---|
Olkoon neliö, jossa on sivu Sitten siinä on numeroita. Toisaalta lukujen summa Toisaalta, Yhtälöimällä saamme halutun kaavan. |
Maagisten vakioiden ensimmäiset arvot on annettu seuraavassa taulukossa (sekvenssi A006003 OEIS : ssä ):
Tilaus | 3 | neljä | 5 | 6 | 7 | kahdeksan | 9 | kymmenen | yksitoista | 12 | 13 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
viisitoista | 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 ( kiinalainen trad. 洛書, ex. 洛书, pinyin luò shū ) Ainoa normaali 3×3 taikaneliö. Se tunnettiin muinaisessa Kiinassa , ensimmäinen kuva kilpikonnan kuoresta juontaa juurensa 2200 eKr. e.
5 | kymmenen | 3 |
neljä | 6 | kahdeksan |
9 | 2 | 7 |
Länsieurooppalaisessa perinteessä tätä neliötä kutsutaan Saturnuksen sinetiksi (Sigillum Saturni). Neliöparametrit: 3, 9, 15, 45 (3x3, 9 solua, summa kaikkiin suuntiin on 15, neliön kaikkien lukujen summa on 45). [yksi]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 = 45
45 : 3 = 15
Varhaisin ainutlaatuinen maaginen neliö löytyy 1000-luvulta peräisin olevasta kaiverruksesta Intian Khajurahon kaupungissa :
7 | 12 | yksi | neljätoista |
2 | 13 | kahdeksan | yksitoista |
16 | 3 | kymmenen | 5 |
9 | 6 | viisitoista | neljä |
Tämä on ensimmäinen maaginen neliö, joka kuuluu niin kutsuttujen "paholaisen" neliöiden lajikkeeseen [2] .
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136 : 4 = 34
XIII vuosisadalla. matemaatikko Yang Hui käsitteli maagisten neliöiden konstruointimenetelmiä. Muut kiinalaiset matemaatikot jatkoivat hänen tutkimustaan. Yang Hui piti maagisia neliöitä paitsi kolmannen, myös korkeamman tason. Jotkut hänen neliöistään olivat melko monimutkaisia, mutta hän antoi aina säännöt niiden rakentamiseen. Hän onnistui rakentamaan kuudennen kertaluvun maagisen neliön, ja jälkimmäinen osoittautui melkein assosiatiiviseksi (vain kaksi keskeisesti vastakkaista lukuparia siinä eivät laske yhteen 37:ää) [3] :
27 | 29 | 2 | neljä | 13 | 36 |
9 | yksitoista | kaksikymmentä | 22 | 31 | kahdeksantoista |
32 | 25 | 7 | 3 | 21 | 23 |
neljätoista | 16 | 34 | kolmekymmentä | 12 | 5 |
28 | 6 | viisitoista | 17 | 26 | 19 |
yksi | 24 | 33 | 35 | kahdeksan | kymmenen |
Kaikkien 36 luvun summa on 666
666 : 6 = 111
Albrecht Dürerin kaiverruksessa Melancholia I kuvattua 4x4-kokoista maagista neliötä pidetään eurooppalaisen taiteen varhaisimpana [4] . Alimman rivin kaksi keskimmäistä numeroa osoittavat kaiverruksen luomispäivämäärän ( 1514 ).
17 | neljä | 3 | neljätoista |
6 | 12 | 13 | 9 |
kymmenen | kahdeksan | 9 | 13 |
5 | 17 | 16 | 2 |
Minkä tahansa vaaka-, pysty- ja diagonaalin lukujen summa on 34. Tämä summa esiintyy myös kaikissa kulmaruuduissa 2×2, keskusneliössä (10+11+6+7), kulmasolujen neliössä (16+). 13+4+1 ), "ritariliikkeen" rakentamissa ruuduissa (2+12+15+5 ja 3+8+14+9), lävistäjän suuntaisten suorakulmioiden kärjessä (2+8+ 15+9 ja 3+12+14+5 ), suorakulmioissa, jotka muodostuvat vastakkaisten sivujen keskisolupareista (3+2+15+14 ja 5+8+9+12). Suurin osa ylimääräisistä symmetrioista johtuu siitä, että minkä tahansa kahden keskeisesti symmetrisen luvun summa on 17.
Tämä neliö on "Jupiterin sinetti" (Sigillum Iouis), siinä on parametrit: 4, 16, 34, 136 (koko 4x4, 16 solua, suuntien summa on 34, kaikkien numeroiden summa on 136). [yksi]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136 : 4 = 34
Marsin neliöllä tai sinetillä (Sigillum Martis) on seuraavat parametrit: 5, 25, 65, 325 (koko 5x5, 25 solua, suuntien summa on 65, kaikkien lukujen summa on 325).
12 | 25 | kahdeksan | 21 | neljä |
5 | 13 | 26 | 9 | 17 |
kahdeksantoista | 6 | neljätoista | 22 | kymmenen |
yksitoista | 19 | 2 | viisitoista | 23 |
24 | 7 | kaksikymmentä | 3 | 16 |
325 : 5 = 65
Auringon neliöAuringon sinetillä (Sigillum Solis) on seuraavat parametrit: 6, 36, 111, 666 (koko 6x6, 36 solua, summa suuntiin on 111, kaikkien lukujen summa on 666).
6 | 32 | 3 | 34 | 35 | yksi |
7 | yksitoista | 27 | 28 | kahdeksan | kolmekymmentä |
19 | neljätoista | 16 | viisitoista | 23 | 24 |
kahdeksantoista | kaksikymmentä | 22 | 21 | 17 | 13 |
25 | 29 | kymmenen | 9 | 26 | 12 |
36 | 5 | 33 | neljä | 2 | 31 |
666 : 6 = 111
Venuksen aukioVenuksen sinetillä (Sigillum Veneris) on seuraavat parametrit: 7, 49, 175, 1225 (koko 7x7, 49 solua, suuntien summa on 175, kaikkien numeroiden summa on 1225).
22 | 47 | 16 | 41 | kymmenen | 35 | neljä |
5 | 23 | 48 | 17 | 42 | yksitoista | 29 |
kolmekymmentä | 6 | 24 | 49 | kahdeksantoista | 36 | 12 |
13 | 31 | 7 | 25 | 43 | 19 | 37 |
38 | neljätoista | 32 | yksi | 26 | 44 | kaksikymmentä |
21 | 39 | kahdeksan | 33 | 2 | 27 | 45 |
46 | viisitoista | 40 | 9 | 34 | 3 | 28 |
1225 : 7 = 175
Merkuriuksen neliöMerkuriuksen sinetillä (Sigillum Mercurio) on parametrit: 8, 64, 260, 2080 (koko 8x8, 64 kennoa, suuntien summa on 260, kaikkien numeroiden summa on 2080).
kahdeksan | 58 | 59 | 5 | neljä | 62 | 63 | yksi |
49 | viisitoista | neljätoista | 52 | 53 | yksitoista | kymmenen | 56 |
41 | 23 | 22 | 44 | 45 | 19 | kahdeksantoista | 48 |
32 | 34 | 35 | 29 | 28 | 38 | 39 | 25 |
40 | 26 | 27 | 37 | 36 | kolmekymmentä | 31 | 33 |
17 | 47 | 46 | kaksikymmentä | 21 | 43 | 42 | 24 |
9 | 55 | 54 | 12 | 13 | 51 | viisikymmentä | 16 |
64 | 2 | 3 | 61 | 60 | 6 | 7 | 57 |
2080 : 8 = 260
Kuun neliöKuun sinetillä (Sigillum Lune) on seuraavat parametrit: 9, 81, 369, 3321 (koko 9x9, 81 solua, suuntien summa on 369, kaikkien numeroiden summa on 3321).
37 | 78 | 29 | 70 | 21 | 62 | 13 | 54 | 5 |
6 | 38 | 79 | kolmekymmentä | 71 | 22 | 63 | neljätoista | 46 |
47 | 7 | 39 | 80 | 31 | 72 | 23 | 55 | viisitoista |
16 | 48 | kahdeksan | 40 | 81 | 32 | 64 | 24 | 56 |
57 | 17 | 49 | 9 | 41 | 73 | 33 | 65 | 25 |
26 | 58 | kahdeksantoista | viisikymmentä | yksi | 42 | 74 | 34 | 66 |
67 | 27 | 59 | kymmenen | 51 | 2 | 43 | 75 | 35 |
36 | 68 | 19 | 60 | yksitoista | 52 | 3 | 44 | 76 |
77 | 28 | 69 | kaksikymmentä | 61 | 12 | 53 | neljä | 45 |
3321 : 9 = 369
Jos ei-tarkka luonnollinen lukusarja syötetään neliömatriisiin n × n , tämä maaginen neliö on ei -perinteinen . Alla on kaksi tällaista taikaneliötä, jotka on täytetty alkuluvuilla (vaikka 1:tä ei pidetä alkulukuna nykyaikaisessa lukuteoriassa). Ensimmäisen järjestys on n=3 (Dudeneyn neliö); toinen ( koko 4x4 ) on Johnson-neliö. Molemmat kehitettiin 1900-luvun alussa [5] :
|
|
On olemassa useita muita vastaavia esimerkkejä:
17 | 89 | 71 |
113 | 59 | 5 |
47 | 29 | 101 |
yksi | 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 | yksitoista | 787 | 769 | 773 | 419 | 149 | 751 |
Viimeinen neliö, jonka J. N. Munsey rakensi vuonna 1913, on merkittävä siinä mielessä, että se koostuu 143 peräkkäisestä alkuluvusta kahta pistettä lukuun ottamatta: kyseessä on yksikkö, joka ei ole alkuluku, ja ainoa parillinen alkuluku 2 ei käytetä.
Pandiagonaali eli paholaisen neliö on maaginen neliö, jossa murtuneiden lävistäjien (lävistäjät, jotka muodostuvat, kun neliö taitetaan torukseksi ) molempiin suuntiin lukujen summat vastaavat myös maagisen vakion kanssa .
Freniclen vakiomuodossa on 48 4x4 paholaisen neliötä - kiertoihin ja heijastuksiin asti. Pandiagonaalinen neliö säilyttää ominaisuudet, kun rivit tai sarakkeet rivitetään rinnakkain . Siksi yksikkö voidaan siirtää vasempaan yläkulmaan. Tällaisia pandiagonaalisia neliöitä on tasossa 12. Ne on annettu alla:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Toruksessa jokainen näistä neljästä neliöstä vastaa yhtä neliötä. Tämä johtuu siitä, että jos leikkaat toruksen, alkaen yksikkösolusta nurkkana, tämä voidaan tehdä neljällä tavalla, määrittämällä jokaiseen yksikkösolun neljään kulmaan tasaisen neliön kulma. Siksi toruksessa on vain 3 pandiagonaalista neliötä. Mitä tahansa neljästä vastaavasta neliöstä voidaan käyttää toorisen neliön kuvaamiseen tasossa.
Pandiagonaaliset neliöt ovat olemassa parittomille kertaluvuille n>3, mille tahansa kaksoispariteettijärjestykselle n=4k (k=1,2,3…) eikä niitä ole yksittäiselle pariteettijärjestykselle ( ).
Neljännen asteen pandiagonaalisilla neliöillä on useita lisäominaisuuksia, joiden vuoksi niitä kutsutaan täydellisiksi . Parittoman järjestyksen täydellisiä neliöitä ei ole olemassa. Pandiagonaalisten neliöiden joukossa, joiden kaksinkertainen pariteetti on yli 4, on täydellisiä [6] .
Viidennen asteen pandiagonaaliset neliöt 3600 . Toric rinnakkaiskäännökset mukaan lukien, on 144 erilaista pandiagonaalista neliötä. Yksi niistä on esitetty alla.
yksi | viisitoista | 24 | kahdeksan | 17 |
9 | kahdeksantoista | 2 | yksitoista | 25 |
12 | 21 | kymmenen | 19 | 3 |
kaksikymmentä | neljä | 13 | 22 | 6 |
23 | 7 | 16 | 5 | neljätoista |
Jos pandiagonaalinen neliö on myös assosiatiivinen, sitä kutsutaan ideaaliksi [7] . Esimerkki täydellisestä maagisesta neliöstä:
21 | 32 | 70 | 26 | 28 | 69 | 22 | 36 | 65 |
40 | 81 | 2 | 39 | 77 | 7 | 44 | 73 | 6 |
62 | kymmenen | 51 | 58 | kahdeksantoista | 47 | 57 | neljätoista | 52 |
66 | 23 | 34 | 71 | 19 | 33 | 67 | 27 | 29 |
neljä | 45 | 74 | 3 | 41 | 79 | kahdeksan | 37 | 78 |
53 | 55 | viisitoista | 49 | 63 | yksitoista | 48 | 59 | 16 |
kolmekymmentä | 68 | 25 | 35 | 64 | 24 | 31 | 72 | kaksikymmentä |
76 | 9 | 38 | 75 | 5 | 43 | 80 | yksi | 42 |
17 | 46 | 60 | 13 | 54 | 56 | 12 | viisikymmentä | 61 |
Tiedetään, ettei ole olemassa ideaalisia maagisia neliöitä, joiden kertaluku on n = 4k+2 , eikä ole olemassa kertaluvun n = 4 neliötä . Samalla on olemassa täydellisiä neliöitä, joiden kertaluku on n = 8 . Yhdistelmäneliöiden muodostamismenetelmällä on mahdollista muodostaa tietyn kahdeksannen kertaluvun neliön perusteella ideaalineliöt, joiden kertaluku on n = 8k, k=5,7,9… ja kertaluku n = 8^p, p=2,3,4… Vuonna 2008 kehitettiin kombinatorinen menetelmä, jolla rakennettiin täydellisiä neliöitä kertalukua n = 4k, k = 2, 3, 4,…
Yu. V. Chebrakovin kuvaama teoksessa Theory of Magic Matrixes .
Piirrä n x n -neliötaulukko tietylle parittomalle n:lle. Kiinnitämme terassit (pyramidit) tähän pöytään kaikilla neljällä sivulla. Tuloksena saamme porrastetun symmetrisen hahmon.
|
Alkaen porrastetun kuvion vasemmasta kärjestä, täytä sen diagonaaliset rivit peräkkäisillä luonnollisilla luvuilla 1 - .
Tämän jälkeen N:nnen kertaluvun klassisen matriisin saamiseksi terassien numerot sijoitetaan niihin NxN-taulukon paikkoihin, joissa ne olisivat, jos niitä siirrettäisiin terassien mukana, kunnes terassien pohjat ovat naapurikentässä. pöydän vastakkaiselle puolelle.
|
|
Lisäksi tämä menetelmä pätee myös, jos maaginen neliö ei tarvitse muodostaa luvuista 1:stä N:ään, vaan myös K:sta N:ään, missä 1 <= K< N.
Maagisten neliöiden rakentamissäännöt jakautuvat kolmeen luokkaan sen mukaan, onko neliön järjestys pariton, kaksinkertainen pariton luku vai neljä kertaa pariton luku. Yleistä menetelmää kaikkien neliöiden rakentamiseksi ei tunneta, vaikka erilaisia kaavioita käytetään laajalti. [8] [9] On mahdollista löytää kaikki taikaneliöt, joiden järjestys on vain , joten erityisiä menettelyjä taikaneliöiden rakentamiseen . Yksinkertaisin rakenne on parittoman järjestyksen maagiselle neliölle. Sinun on asetettava numero soluun, jossa on koordinaatit (missä ja vaihda 1:stä ) (Huomaa: tämä kaava pätee kaikkiin parittoman järjestyksen neliöihin, paitsi muodon neliöille. Näissä neliöissä olevien numeroiden summa päädiagonaali on N suurempi kuin maaginen vakio.)
On vielä helpompi rakentaa rakenne seuraavasti. Otetaan nxn-matriisi. Sen sisään on rakennettu porrastettu rombi. Siinä solut vasemmalta ylöspäin diagonaaleja pitkin täytetään peräkkäisellä rivillä parittomat numerot. Määritetään keskussolun C arvo. Sitten maagisen neliön kulmissa olevat arvot ovat seuraavat: ylempi oikea solu C-1 ; alhaalla vasen solu C+1 ; alempi oikea solu Cn; ylävasen solu C+n. Tyhjien solujen täyttäminen porrastettuihin kulmakolmioihin suoritetaan yksinkertaisten sääntöjen mukaisesti: 1) riveissä numerot kasvavat vasemmalta oikealle n + 1:n välein; 2) sarakkeissa ylhäältä alas luvut kasvavat askeleella n-1.
Algoritmeja pandiagonaalisten neliöiden [10] [11] ja ihanteellisten 9x9 maagisten neliöiden rakentamiseen on myös kehitetty. [12] [13] Näiden tulosten avulla voimme rakentaa täydellisen järjestyksen taikaneliöitä . [7] [14] On olemassa myös yleisiä menetelmiä parittoman järjestyksen täydellisten maagisten neliöiden järjestämiseen . [15] [16] On kehitetty menetelmiä ideaalien maagisten neliöiden kertaluvun n=8k, k=1,2,3… [17] ja täydellisten maagisten neliöiden rakentamiseen. [18] Pandiagonaaliset ja ideaaliset neliöt, joiden järjestys on parillinen, voidaan yhdistää vain, jos ne eivät ole perinteisiä. [19] [20] [21] Siitä huolimatta on mahdollista löytää lähes pandiagonaalisia neliöitä [22] Erityinen ryhmä ihanteellisesti täydellisiä maagisia neliöitä (perinteisiä ja ei-perinteisiä) [23] löytyy .
Parittoman järjestyksen ja kaksoispariteetin taikaneliöt on työstetty menetelmällisesti tiukasti. [24] Yksittäisen pariteetin luokkaa olevien neliöiden formalisointi on paljon vaikeampaa, kuten seuraavat kaaviot osoittavat:
|
|
|
Maagisten neliöiden rakentamiseen on olemassa kymmeniä muita menetelmiä.
Tiedetään, että shakki , kuten maagiset neliöt, ilmestyi kymmeniä vuosisatoja sitten Intiassa . Siksi ei ollut sattumaa, että idea shakkilähestymistavasta maagisten neliöiden rakentamiseen syntyi. Tämän ajatuksen ilmaisi ensimmäisenä Euler . Hän yritti saada täyden maagisen neliön kävelemällä jatkuvasti ritarin ympärillä. Hän ei kuitenkaan onnistunut tekemään tätä, koska päälävistäjän lukujen summat erosivat maagisesta vakiosta. Shakkiasettelu mahdollistaa kuitenkin minkä tahansa maagisen neliön luomisen. Numerot täytetään säännöllisesti ja rivi riviltä ottaen huomioon solujen väri.
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
| |||
---|---|---|---|---|
|