Jump to content

Пандиагональный магический квадрат

(Перенаправлено с Панмагической площади )

Пандиагональный магический квадрат или панмагический квадрат (также дьявольский квадрат , дьявольский квадрат или дьявольский магический квадрат ) — это магический квадрат с дополнительным свойством, заключающимся в том, что ломаные диагонали , то есть диагонали, которые закругляются по краям квадрата, также складываются в сумму магическая константа .

Пандиагональный магический квадрат остается пандиагонально магическим не только при вращении или отражении , но и если строка или столбец перемещаются с одной стороны квадрата на противоположную сторону. Таким образом, Пандиагональный магический квадрат можно рассматривать как имеющий ориентации.

Пандиагональные магические квадраты 3 × 3

[ редактировать ]

Можно показать, что нетривиальных пандиагональных магических квадратов третьего порядка не существует. Предположим, квадрат

является пандиагонально магическим с магической константой . Сложение сумм и приводит к . Вычитание и мы получаем . Однако, если мы переместим третий столбец вперед и выполним тот же аргумент, мы получим . Фактически, используя симметрию магических квадратов 3 × 3, все ячейки должны быть равны . Следовательно, все пандиагональные магические квадраты 3 × 3 должны быть тривиальными.

Однако если обобщить концепцию магического квадрата и включить в него геометрические фигуры вместо чисел – геометрические магические квадраты, открытые Ли Саллоузом , – пандиагональный магический квадрат 3 × 3 действительно существует.

Пандиагональные магические квадраты 4 × 4

[ редактировать ]
Диаграмма Эйлера требований некоторых типов магических квадратов 4 × 4. Ячейки одного цвета в сумме дают магическую константу.

Наименьшие нетривиальные пандиагональные магические квадраты — это квадраты 4 × 4. Все пандиагональные магические квадраты 4 × 4 должны быть трансляционно симметричны форме [1]

а а + б + в + е а + в + г а + б + г + е
а + б + в + г а + г + е а + б а + в + е
а + б + е а + с а + б + в + г + е а + д
а + в + г + е а + б + г а + е а + б + в

Поскольку сумма каждого подквадрата 2 × 2 равна магической константе, пандиагональные магические квадраты 4 × 4 являются наиболее совершенными магическими квадратами . Кроме того, два числа в противоположных углах любого квадрата 3×3 в сумме составляют до половины магической константы. пандиагональные магические квадраты 4 × 4 Следовательно, все ассоциативные должны иметь повторяющиеся ячейки.

Все пандиагональные магические квадраты 4 × 4 с числами от 1 до 16 без дубликатов получаются путем присвоения 1 ; пусть b , c , d и e равны 1, 2, 4 и 8 в некотором порядке; и применив некоторый перевод . Например, при b = 1 , c = 2 , d = 4 и e = 8 мы имеем магический квадрат

1 12 7 14
8 13 2 11
10 3 16 5
15 6 9 4

Число пандиагональных магических квадратов 4 × 4 с числами 1–16 без дубликатов равно 384 (16 умножить на 24, где 16 соответствует переводу, а 24 — 4 ! способам присвоения 1, 2, 4 и 8 b , в , г и д ).

Пандиагональные магические квадраты 5 × 5

[ редактировать ]

Существует множество пандиагональных магических квадратов 5 × 5. В отличие от пандиагональных магических квадратов 4 × 4, они могут быть ассоциативными . Ниже представлен ассоциативный пандиагональный магический квадрат 5 × 5:

20 8 21 14 2
11 4 17 10 23
7 25 13 1 19
3 16 9 22 15
24 12 5 18 6

В дополнение к строкам, столбцам и диагоналям пандиагональный магический квадрат 5 × 5 также показывает свою магическую константу в четырех шаблонах « квинунса », которые в приведенном выше примере таковы:

17+25+13+1+9 = 65 (центр плюс квадраты соседних строк и столбцов)
21+7+13+19+5 = 65 (центр плюс оставшиеся квадраты строки и столбца)
4+10+13+16+22 = 65 (центр плюс соседние по диагонали квадраты)
20+2+13+24+6 = 65 (центр плюс остальные квадраты на его диагоналях)

Каждый из этих квинкунсов можно перевести в другие позиции квадрата путем циклической перестановки строк и столбцов (обтекания), что в пандиагональном магическом квадрате не влияет на равенство магических констант. Это приводит к 100 суммам квинконсов, включая ломаные квинконсы, аналогичные ломаным диагоналям.

Суммы квинкунса можно доказать, взяв линейные комбинации сумм строки, столбца и диагонали. Рассмотрим пандиагональный магический квадрат.

с магической константой s . Чтобы доказать сумму квинконса (соответствует примеру 20+2+13+24+6 = 65, приведенному выше), мы можем сложить следующее:

3 раза по каждой диагональной сумме и ,
Диагональные суммы , , , и ,
Сумма строк и .

Из этой суммы вычтите следующее:

Сумма строк и ,
Сумма столбца ,
Дважды суммы каждого столбца и .

Чистый результат , которое делится на 5, дает сумму квинконса. Подобные линейные комбинации можно построить и для других паттернов квинкунса. , , и .

(4 n +2) × (4 n +2) пандиагональные магические квадраты с непоследовательными элементами

[ редактировать ]

Никакого пандиагонального магического квадрата упорядоченного не существует. если последовательные целые числа используются . Но некоторые последовательности непоследовательных целых чисел допускают порядок-( ) пандиагональные магические квадраты.

Рассмотрим сумму 1+2+3+5+6+7 = 24. Эту сумму можно разделить пополам, взяв соответствующие группы из трех слагаемых, или на трети, используя группы из двух слагаемых:

1+5+6 = 2+3+7 = 12
1+7 = 2+6 = 3+5 = 8

Дополнительное равное разбиение суммы квадратов гарантирует отмеченное ниже полубимагическое свойство:

1 2 + 5 2 + 6 2 = 2 2 + 3 2 + 7 2 = 62

Обратите внимание, что последовательная целочисленная сумма 1+2+3+4+5+6 = 21, нечетная сумма, не имеет половинного разделения.

При наличии обоих равных разделов числа 1, 2, 3, 5, 6, 7 можно упорядочить в пандигональные шаблоны 6 × 6 A и B , соответственно, определяемые следующим образом:

1 5 6 7 3 2
5 6 1 3 2 7
6 1 5 2 7 3
1 5 6 7 3 2
5 6 1 3 2 7
6 1 5 2 7 3
6 5 1 6 5 1
1 6 5 1 6 5
5 1 6 5 1 6
2 3 7 2 3 7
7 2 3 7 2 3
3 7 2 3 7 2

Затем (где C — магический квадрат с 1 для всех ячеек) дает непоследовательный пандиагональный квадрат 6 × 6:

6 33 36 48 19 8
29 41 5 15 13 47
40 1 34 12 43 20
2 31 42 44 17 14
35 37 3 21 9 45
38 7 30 10 49 16

с максимальным элементом 49 и пандиагональной магической константой 150.Этот квадрат пандиагональный и полубимагический, то есть строки, столбцы, главные диагонали и ломаные диагонали имеют сумму 150, и, если возвести в квадрат все числа в квадрате, только строки и столбцы будут магическими и будут иметь сумму 5150.

Для 10-го порядка аналогичная конструкция возможна при равных разбиениях суммы 1+2+3+4+5+9+10+11+12+13 = 70:

1+3+9+10+12 = 2+4+5+11+13 = 35
1+13 = 2+12 = 3+11 = 4+10 = 5+9 = 14
1 2 + 3 2 + 9 2 + 10 2 + 12 2 = 2 2 + 4 2 + 5 2 + 11 2 + 13 2 = 335 (равное разбиение квадратов; полубимагическое свойство)

Это приводит к тому, что квадраты имеют максимальный элемент 169 и пандиагональную магическую константу 850, которые также являются полубимагическими, при этом сумма квадратов в каждой строке или столбце равна 102 850.

(6 n ±1)×(6 n ±1) пандиагональные магические квадраты

[ редактировать ]

А Пандиагональный магический квадрат можно построить по следующему алгоритму.

  1. Установите первую колонну квадрата с первым натуральные числа .
      1                                     
      2             
      3             
      4             
      5             
      6             
      7             
  2. Скопируйте первый столбец во второй столбец, но сдвиньте его по кольцу на 2 строки.
      1    6                               
      2    7           
      3    1           
      4    2           
      5    3           
      6    4           
      7    5           
  3. Продолжайте копировать текущий столбец в следующий, сдвигая по кольцу на 2 строки, пока квадрат не заполнится полностью.
      1    6    4    2    7    5    3 
      2    7    5    3    1    6    4 
      3    1    6    4    2    7    5 
      4    2    7    5    3    1    6 
      5    3    1    6    4    2    7 
      6    4    2    7    5    3    1 
      7    5    3    1    6    4    2 
  4. Постройте второй квадрат и скопируйте в него транспонирование первого квадрата.
    А
      1    6    4    2    7    5    3 
      2    7    5    3    1    6    4 
      3    1    6    4    2    7    5 
      4    2    7    5    3    1    6 
      5    3    1    6    4    2    7 
      6    4    2    7    5    3    1 
      7    5    3    1    6    4    2 
      1    2    3    4    5    6    7 
      6    7    1    2    3    4    5 
      4    5    6    7    1    2    3 
      2    3    4    5    6    7    1 
      7    1    2    3    4    5    6 
      5    6    7    1    2    3    4 
      3    4    5    6    7    1    2 
  5. Постройте последний квадрат, умножив второй квадрат на , прибавляя первый квадрат и вычитая в каждой клетке квадрата.

    Пример: , где B — магический квадрат, в котором все ячейки равны 1.

      1   13   18   23   35   40   45 
     37   49    5   10   15   27   32 
     24   29   41   46    2   14   19 
     11   16   28   33   38   43    6 
     47    3    8   20   25   30   42 
     34   39   44    7   12   17   22 
     21   26   31   36   48    4    9 

4 n × 4 n пандиагональных магических квадратов

[ редактировать ]

А Пандиагональный магический квадрат можно построить по следующему алгоритму.

  1. Поставь первый натуральные числа в первую строку и первую колонны площади.
      1    2    3    4                         
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
  2. Поставь следующий натуральные числа под первым натуральные числа в обратном порядке. Каждая вертикальная пара должна иметь одинаковую сумму.
      1    2    3    4                         
      8    7    6    5                         
                   
                   
                   
                   
                   
                   
  3. Скопируйте это прямоугольник раз ниже первого прямоугольника.
      1    2    3    4                         
      8    7    6    5                         
      1    2    3    4                         
      8    7    6    5                         
      1    2    3    4                         
      8    7    6    5                         
      1    2    3    4                         
      8    7    6    5                         
  4. Скопируйте левую прямоугольник вправо прямоугольник, но сдвиньте его по кольцу на одну строку.
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
  5. Постройте второй квадрат и скопируйте в него первый квадрат, но поверните его на 90°.
    А
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
      1    2    3    4    8    7    6    5 
      8    7    6    5    1    2    3    4 
    Б
      5    4    5    4    5    4    5    4 
      6    3    6    3    6    3    6    3 
      7    2    7    2    7    2    7    2 
      8    1    8    1    8    1    8    1 
      4    5    4    5    4    5    4    5 
      3    6    3    6    3    6    3    6 
      2    7    2    7    2    7    2    7 
      1    8    1    8    1    8    1    8 
  6. Постройте последний квадрат, умножив второй квадрат на , прибавляя первый квадрат и вычитая в каждой клетке квадрата.

    Пример: , где C — магический квадрат, в котором все ячейки равны 1.

     33   26   35   28   40   31   38   29 
     48   23   46   21   41   18   43   20 
     49   10   51   12   56   15   54   13 
     64    7   62    5   57    2   59    4 
     25   34   27   36   32   39   30   37 
     24   47   22   45   17   42   19   44 
      9   50   11   52   16   55   14   53 
      8   63    6   61    1   58    3   60 

Если мы построим пандиагональный магический квадрат с этим алгоритмом, то каждый квадрат в квадрат будет иметь ту же сумму. Поэтому многие симметричные модели ячейки имеют ту же сумму, что и любая строка и любой столбец квадрат. Особенно каждый и каждый прямоугольник будет иметь ту же сумму, что и любая строка и любой столбец квадрат. квадрат также является наиболее совершенным магическим квадратом .

(6 n +3)×(6 n +3) пандиагональные магические квадраты

[ редактировать ]

А Пандиагональный магический квадрат можно построить по следующему алгоритму.

  1. Создайте прямоугольник с первым натуральные числа так, чтобы в каждом столбце была одинаковая сумма. Вы можете сделать это, начав с магического квадрата 3 × 3 и расположив остальные ячейки прямоугольника в стиле меандра . Вы также можете использовать шаблон, показанный в следующих примерах.
    Для квадрата 9×9
     1   2   3 
     5   6   4 
     9   7   8 
    вертикальная сумма = 15
    Для квадрата 15×15
     1   2   3 
     5   6   4 
     9   7   8 
     10   11   12 
     15   14   13 
    вертикальная сумма = 40
    Для квадрата 21×21
     1   2   3 
     5   6   4 
     9   7   8 
    10 11 12
    15 14 13
    16 17 18
    21 20 19
    вертикальная сумма = 77
  2. Поместите этот прямоугольник в левый верхний угол квадрат и две копии прямоугольника под ним, чтобы первые три столбца квадрата были заполнены полностью.
      1    2    3 
      5    6    4 
      9    7    8 
      1    2    3 
      5    6    4 
      9    7    8 
      1    2    3 
      5    6    4 
      9    7    8                                     
  3. Скопируйте левые 3 столбца в следующие 3 столбца, но сдвиньте их по кольцу на 1 строку.
      1    2    3    9    7    8 
      5    6    4    1    2    3 
      9    7    8    5    6    4 
      1    2    3    9    7    8 
      5    6    4    1    2    3 
      9    7    8    5    6    4 
      1    2    3    9    7    8 
      5    6    4    1    2    3 
      9    7    8    5    6    4                   
  4. Продолжайте копировать текущие 3 столбца в следующие 3 столбца, сместив по кольцу на 1 строку, пока квадрат не заполнится полностью.
      1    2    3    9    7    8    5    6    4 
      5    6    4    1    2    3    9    7    8 
      9    7    8    5    6    4    1    2    3 
      1    2    3    9    7    8    5    6    4 
      5    6    4    1    2    3    9    7    8 
      9    7    8    5    6    4    1    2    3 
      1    2    3    9    7    8    5    6    4 
      5    6    4    1    2    3    9    7    8 
      9    7    8    5    6    4    1    2    3 
  5. Постройте второй квадрат и скопируйте в него транспонирование первого квадрата.
    А
      1    2    3    9    7    8    5    6    4 
     5   6   4   1   2   3   9   7   8 
     9   7   8   5   6   4   1   2   3 
     1   2   3   9   7   8   5   6   4 
     5   6   4   1   2   3   9   7   8 
     9   7   8   5   6   4   1   2   3 
     1   2   3   9   7   8   5   6   4 
     5   6   4   1   2   3   9   7   8 
     9   7   8   5   6   4   1   2   3 
      1    5    9    1    5    9    1    5    9 
     2   6   7   2   6   7   2   6   7 
     3   4   8   3   4   8   3   4   8 
     9   1   5   9   1   5   9   1   5 
     7   2   6   7   2   6   7   2   6 
     8   3   4   8   3   4   8   3   4 
     5   9   1   5   9   1   5   9   1 
     6   7   2   6   7   2   6   7   2 
     4   8   3   4   8   3   4   8   3 
  6. Постройте последний квадрат, умножив второй квадрат на , прибавляя первый квадрат и вычитая в каждой клетке квадрата.

    Пример: , где B — магический квадрат, в котором все ячейки равны 1.

     1   38   75   9   43   80   5   42   76 
     14   51   58   10   47   57   18   52   62 
     27   34   71   23   33   67   19   29   66 
     73   2   39   81   7   44   77   6   40 
     59   15   49   55   11   48   63   16   53 
     72   25   35   68   24   31   64   20   30 
     37   74   3   45   79   8   41   78   4 
     50   60   13   46   56   12   54   61   17 
     36   70   26   32   69   22   28   65   21 
  1. ^ Нг, Луи (13 мая 2018 г.). «Магический счет с многогранниками наизнанку» (PDF) .
  • У.С. Эндрюс, Магические квадраты и кубы . Нью-Йорк: Дувр, 1960. Первоначально напечатано в 1917 году. См. особенно главу X.
  • Оллереншоу К., Бри Д.: Наиболее совершенные пандиагональные магические квадраты. IMA, Саутенд-он-Си (1998)
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0e9d4f599f9111da42bdc71892c0e42c__1720782480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0e/2c/0e9d4f599f9111da42bdc71892c0e42c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Pandiagonal magic square - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)