数学简史-幻方
学习数学核心是要解决问题,许多数学问题以游戏或谜题的形式出现。似乎古代最多的数学谜题就是幻方。所谓神龟出水,背负幻方。
中国的《九章算术》里有最早的关于幻方的描述。它是一个3×3的方块,有9个数字或者格子,纵、横以及对角线的3个格子里的数分别加起来都得15。这个数学形象的传统名字是洛书,意思是“洛水的卷轴”,有时也称为“河图”,在4000年前禹帝统治中国时有与其相关的神话传说。
洛书上的幻方,左下图是古代中国传说里神龟壳上的版本,右下图是现代数字形式。
洛书上的幻方,这是用印度数字写的,中心装饰的是中国的地支。
洪水灾害
在某个版本的传说里,大禹王朝遭受了洪灾。大禹手下的工匠正在治水之际,一只神龟从深水中浮现。龟背上用当时中国的数字刻着3×3的方格,数字切合中国的占星术,所以龟背标记被认为是控制自然之道。
构建幻方
公元6世纪,波斯和阿拉伯的学者研究了幻方的属性。伊斯兰数学家构建了包含16、25和36个格子的幻方。10世纪,他们破解了幻方的原理,从此格子的多少没有限制了。
幻方的阶
一个幻方满足以下条件:幻方一条边上格子的数量就是幻方的阶n。对洛书上的幻方,就有n=3。1阶幻方(n=1)就是数字1自己——这不是什么难题,只是个轶事而已。n阶幻方里用到的数字是1~n2。当n=2时,这个幻方就得包含22 (2×2=4)以内的数字,但是用1、2、3、4又没法构建幻方,因此,不存在2阶幻方。当n=3或者更大(直到无穷)时,幻方总是能构建出来的。
1514年,德国艺术家阿尔布雷特·丢勒在他的画作《忧郁Ⅰ》中加入了幻方。丢勒利用数学元素绘制了栩栩如生的图画,他的幻方——其中15紧邻14表示年份——展现了他的数学造诣。这幅作品中包含了许多数学元素,但是画中忧郁的人对此全都无动于衷。据说这幅画代表了作者的思想。
幻圆
幻圆包含多层同心圆。每一圆周上的数字之和,再加上圆心数字,等于每条直径上的数字之和。
拉丁方块
拉丁方块不是用数字而是用符号或颜色组成的,每种符号或颜色在一行或一列只出现一次。
三角形的周长
三角形的每条边上的3个数加起来全相等。用1~6能以4种方式组合出来。右图是其中3种,第四种其和为9,你能构造出来吗?
幻数
洛书上的幻方中,横、纵3个格子的数字加起来得15,这正是幻方的幻数。n阶幻方的幻数可以用以下公式求出:幻数等于n(n2+1)/2。所以当n=3时,幻数就是3×(9+1)/2。你自己试算一下是否得15。你可以计算更多幻数。还有什么好玩的吗?研究数学问题的人有个有趣的消遣活动是看一些数(包括幻数)是如何用更小的数构成的。我们称这些数为合数。不是合数的数我们称为素数(又称质数),它们里面有数学的另一种魔力。
文章来源:《应用数学》 网址: http://www.yysxzzs.cn/zonghexinwen/2021/1104/1286.html