幻方知识点总结
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幻方知识点总结
一、幻方的定义。
幻方是一种将数字安排在正方形格子中,使每行、每列和对角线上的数字之和都相等的数学结构。例如,一个简单的三阶幻方(3×3的方格):
begin{array}{ccc}hline8 1 6 hline3 5 7 hline4 9 2 hlineend{array}
这里每行、每列和两条对角线上的数字之和都是15。
二、幻方的阶数。
1. 阶数的概念。
- 幻方的阶数是指幻方的行数(或列数),用 n 表示。常见的有三阶幻方(n
= 3)、四阶幻方(n=4)等。
2. 不同阶数幻方的特点。
- 三阶幻方。
- 是最基本、最常见的幻方。它的数字组合相对固定,中心数字具有特殊性质。在三阶幻方中,中心数字是这9个数字的平均数。例如在上面的三阶幻方中,数字是1 - 9,它们的平均数是5,正好是中心数字。
- 四阶幻方。
- 构造相对复杂一些。四阶幻方的幻和(每行、每列、对角线数字之和)计算为:(1 + 2+3+·s+16)÷4=(16×(16 + 1)÷2)÷4= 34。
三、幻方的构造方法。
1. 奇数阶幻方(以三阶幻方为例)——罗伯法。
- 把1(或最小的数)放在第一行正中。 - 按以下规律排列剩下的数:
- 每一个数放在前一个数的右上一格。
- 如果这个数所要放的格已经超出了最顶行,那么就把它放在底行,仍然要放在右一列。
- 如果这个数所要放的格已经超出了最右列,那么就把它放在最左列,仍然要放在上一行。
- 如果这个数所要放的格已经填好了其他的数,或者同时超出了顶行和右列,那么就把这个数放在前一个数的下一行同一列的格内。
2. 偶数阶幻方(以四阶幻方为例)——对称交换法。
- 先将1 - 16按顺序填入4×4的方格中。
- 然后将对角线上的数字(从左上角到右下角和从右上角到左下角)进行对称交换。例如,交换1和16,4和13,6和11,7和10,就可以得到一个四阶幻方。
四、幻方的性质。
1. 幻和的计算。
- 对于 n 阶幻方,幻和 S=frac{n(n^2+1)}{2}。例如,对于五阶幻方(n =
5),幻和 S=frac{5×(5^2+1)}{2}=(5×26)/(2)=65。
2. 中心数字的性质(奇数阶幻方)
- 在奇数阶幻方中,中心数字为这组连续数字的平均数。如三阶幻方中数字1 -
9的平均数是5,五阶幻方中数字1 - 25的平均数是13等。
3. 数字的对称性(部分幻方)
- 在一些构造方法得到的幻方中,存在数字关于中心对称的性质。例如在四阶幻方的对称交换法构造中,交换后的数字呈现出一定的对称关系。