圖1中的幻方滿足
8+1+6=4+9+2
但你可能沒有注意到另一種特性:
82+12+62=42+92+22
同樣的,
8+3+4=6+7+2
且
82+32+42=62+72+22
其他3×3幻方是否具有同樣的性質(zhì)?再檢查一下圖2與圖3中幻方外側(cè)的行(或列)中的數(shù)字平方和是否相等.這是否恒為真?
諸如此類,數(shù)字和與乘方的和都相等的一組數(shù)字,可稱為多階形式(multigrades).前面所討論的都是二階形式,下面則是三階形式的一個例子:
1+5+8+12=2+3+10+11
12+52+82+122=22+32+102+112
13+53+83+123=23+33+103+113
或許你會以為要找到具有這種性質(zhì)的數(shù)字很困難,其實并非如此.
假設(shè)我們把上一個例子中的每一個數(shù)字加上2,則
3+7+10+14=4+5+12+13
不只如此,
32+72+102+142=42+52+122+132
而且
33+73+103+143=43+53+123+133
請研究加上其他數(shù)字的結(jié)果.但我們究竟要如何找出多階形式?先從簡單的等式開始:
1+5=2+4
如將各項加5:
6+10=7+9
將等號兩邊交叉合并,就可以形成二階形式:
1+5+7+9=2+4+6+10
12+52+72+92=22+42+62+102
加至每一項的數(shù)字5,是使所有多階形式中的數(shù)字都不相同的最小數(shù)字.形成三階形式的方法也是一樣,不過也是以二階形式為基礎(chǔ)的.
將10加至上式各項即得:
11+15+17+19=12+14+16+20
然后兩邊交叉合并,就可以得到:
1n+5n+7n+9n+12n+14n+16n+20n
=2n+4n+6n+10n+11n+15n+17n+19n
其中n=1、2或3.用你的計算器來驗算是否正確.
假設(shè)以下式開始:
1+5=2+4
然后各項加4,而不是加5,這時二階形式所包含的數(shù)字為:
(1,5,6,8)與(2,4,5,9)
而這可減少為
(1,6,8)和(2,4,9)
因5為相同的數(shù)字.
事實上,這就是開始時所介紹的3×3幻方中的數(shù)字.
現(xiàn)在將這些數(shù)字加上5,并利用前述交叉合并的程序,即可得出三階形式:
(1,6,8,7,9,14)與(2,4,9,6,11,13)
但6和9為共同的部分,故將它們?nèi)サ簦@樣,我們得到:
1+8+7+14=2+4+11+13
12+82+72+142=22+42+112+132
13+83+73+143=23+43+113+133
試著設(shè)計出你自己的多階形式.只要重復(fù)上述的程序,你也可以輕易地作出四階、五階或更高階的形式.