Magic sau pătrat magic - o masă pătrată plină cu numere diferite, astfel încât suma numerelor din fiecare rând, fiecare coloană și pe ambele diagonale să fie aceeași. Dacă sumele numerelor numai în rânduri și coloane sunt egale într-un pătrat, atunci se numește semimagie . Un pătrat normal este un pătrat magic plin cu numere naturale de la până la . Un pătrat magic se numește asociativ sau simetric dacă suma oricăror două numere situate simetric în jurul centrului pătratului este egală cu .
Pătratele magice normale există pentru toate ordinele , cu excepția , deși cazul este banal - pătratul este format dintr-un singur număr. Cazul minim non-trivial este prezentat mai jos, are ordinea 3.
3 | 9 | opt | cincisprezece | |||
zece | 6 | 2 | cincisprezece | |||
5 | patru | 9 | cincisprezece | |||
cincisprezece | cincisprezece | cincisprezece | cincisprezece | cincisprezece |
Suma numerelor din fiecare rând, coloană și diagonală se numește constanta magică , M. Constanta magică a unui pătrat magic normal depinde numai de n și este dată de
De ce este așa? | |
---|---|
Să fie un pătrat cu o latură Apoi vor fi numere în el. Pe de o parte, suma numerelor Pe de altă parte, Echivalând, obținem formula dorită. |
Primele valori ale constantelor magice sunt date în următorul tabel (secvența A006003 în OEIS ):
Ordin | 3 | patru | 5 | 6 | 7 | opt | 9 | zece | unsprezece | 12 | 13 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
cincisprezece | 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 ( trad. chineză 洛書, ex.洛书, pinyin luò shū ) Singurul pătrat magic normal de 3×3. Era cunoscut în China antică , prima imagine de pe o carapace de broască țestoasă datează din 2200 î.Hr. e.
5 | zece | 3 |
patru | 6 | opt |
9 | 2 | 7 |
În tradiția vest-europeană, acest pătrat se numește Sigiliul lui Saturn (Sigillum Saturni). Parametri pătrați: 3, 9, 15, 45 (3x3, 9 celule, suma în toate direcțiile este 15, suma tuturor numerelor din pătrat este 45). [unu]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 = 45
45 : 3 = 15
Cel mai vechi pătrat magic unic se găsește într-o inscripție din secolul al XI-lea din orașul indian Khajuraho :
7 | 12 | unu | paisprezece |
2 | 13 | opt | unsprezece |
16 | 3 | zece | 5 |
9 | 6 | cincisprezece | patru |
Acesta este primul pătrat magic aparținând varietatii așa-numitelor pătrate „diavolului” [2] .
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136 : 4 = 34
În secolul al XIII-lea. matematicianul Yang Hui a abordat problema metodelor de construire a pătratelor magice. Cercetările sale au fost apoi continuate de alți matematicieni chinezi. Yang Hui a considerat pătratele magice nu numai de al treilea, ci și de ordine superioară. Unele dintre pătratele sale erau destul de complexe, dar întotdeauna dădea reguli pentru construirea lor. El a reușit să construiască un pătrat magic de ordinul al șaselea, iar acesta din urmă s-a dovedit a fi aproape asociativ (doar două perechi de numere central opuse din el nu se adună până la 37) [3] :
27 | 29 | 2 | patru | 13 | 36 |
9 | unsprezece | douăzeci | 22 | 31 | optsprezece |
32 | 25 | 7 | 3 | 21 | 23 |
paisprezece | 16 | 34 | treizeci | 12 | 5 |
28 | 6 | cincisprezece | 17 | 26 | 19 |
unu | 24 | 33 | 35 | opt | zece |
Suma tuturor celor 36 de numere este 666
666 : 6 = 111
Pătratul magic 4x4 descris în gravura lui Albrecht Dürer „ Melancholia I ” este considerat cel mai vechi din arta europeană [4] . Cele două numere din mijloc din rândul de jos indică data la care a fost creată gravura ( 1514 ).
17 | patru | 3 | paisprezece |
6 | 12 | 13 | 9 |
zece | opt | 9 | 13 |
5 | 17 | 16 | 2 |
Suma numerelor de pe orice orizontală, verticală și diagonală este 34. Această sumă apare și în toate pătratele de colț 2×2, în pătratul central (10+11+6+7), în pătratul celulelor de colț (16+). 13+4+1 ), în pătratele construite prin „mișcarea cavalerului” (2+12+15+5 și 3+8+14+9), în vârfurile dreptunghiurilor paralele cu diagonalele (2+8+). 15+9 și 3+12+14+5 ), în dreptunghiuri formate din perechi de celule mijlocii pe laturi opuse (3+2+15+14 și 5+8+9+12). Cele mai multe simetrii suplimentare se datorează faptului că suma oricăror două numere simetrice central este 17.
Acest pătrat este „Sigiliul lui Jupiter” (Sigillum Iouis), are parametri: 4, 16, 34, 136 (dimensiune 4x4, 16 celule, suma direcțiilor este 34, suma tuturor numerelor este 136). [unu]
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15 + 16 = 136
136 : 4 = 34
Pătratul sau sigiliul lui Marte (Sigillum Martis) are următorii parametri: 5, 25, 65, 325 (dimensiune 5x5, 25 de celule, suma direcțiilor este 65, suma tuturor numerelor este 325).
12 | 25 | opt | 21 | patru |
5 | 13 | 26 | 9 | 17 |
optsprezece | 6 | paisprezece | 22 | zece |
unsprezece | 19 | 2 | cincisprezece | 23 |
24 | 7 | douăzeci | 3 | 16 |
325 : 5 = 65
Pătratul SoareluiSigiliul Soarelui (Sigillum Solis) are următorii parametri: 6, 36, 111, 666 (dimensiune 6x6, 36 de celule, suma în direcții este 111, suma tuturor numerelor este 666).
6 | 32 | 3 | 34 | 35 | unu |
7 | unsprezece | 27 | 28 | opt | treizeci |
19 | paisprezece | 16 | cincisprezece | 23 | 24 |
optsprezece | douăzeci | 22 | 21 | 17 | 13 |
25 | 29 | zece | 9 | 26 | 12 |
36 | 5 | 33 | patru | 2 | 31 |
666 : 6 = 111
Piața VenusSigiliul lui Venus (Sigillum Veneris) are următorii parametri: 7, 49, 175, 1225 (dimensiune 7x7, 49 de celule, suma direcțiilor este 175, suma tuturor numerelor este 1225).
22 | 47 | 16 | 41 | zece | 35 | patru |
5 | 23 | 48 | 17 | 42 | unsprezece | 29 |
treizeci | 6 | 24 | 49 | optsprezece | 36 | 12 |
13 | 31 | 7 | 25 | 43 | 19 | 37 |
38 | paisprezece | 32 | unu | 26 | 44 | douăzeci |
21 | 39 | opt | 33 | 2 | 27 | 45 |
46 | cincisprezece | 40 | 9 | 34 | 3 | 28 |
1225 : 7 = 175
pătratul MercurSigiliul lui Mercur (Sigillum Mercurio) are parametrii: 8, 64, 260, 2080 (dimensiune 8x8, 64 de celule, suma direcțiilor este 260, suma tuturor numerelor este 2080).
opt | 58 | 59 | 5 | patru | 62 | 63 | unu |
49 | cincisprezece | paisprezece | 52 | 53 | unsprezece | zece | 56 |
41 | 23 | 22 | 44 | 45 | 19 | optsprezece | 48 |
32 | 34 | 35 | 29 | 28 | 38 | 39 | 25 |
40 | 26 | 27 | 37 | 36 | treizeci | 31 | 33 |
17 | 47 | 46 | douăzeci | 21 | 43 | 42 | 24 |
9 | 55 | 54 | 12 | 13 | 51 | cincizeci | 16 |
64 | 2 | 3 | 61 | 60 | 6 | 7 | 57 |
2080 : 8 = 260
Pătratul LuniiSigiliul Lunii (Sigillum Lune) are următorii parametri: 9, 81, 369, 3321 (dimensiune 9x9, 81 de celule, suma direcțiilor este 369, suma tuturor numerelor este 3321).
37 | 78 | 29 | 70 | 21 | 62 | 13 | 54 | 5 |
6 | 38 | 79 | treizeci | 71 | 22 | 63 | paisprezece | 46 |
47 | 7 | 39 | 80 | 31 | 72 | 23 | 55 | cincisprezece |
16 | 48 | opt | 40 | 81 | 32 | 64 | 24 | 56 |
57 | 17 | 49 | 9 | 41 | 73 | 33 | 65 | 25 |
26 | 58 | optsprezece | cincizeci | unu | 42 | 74 | 34 | 66 |
67 | 27 | 59 | zece | 51 | 2 | 43 | 75 | 35 |
36 | 68 | 19 | 60 | unsprezece | 52 | 3 | 44 | 76 |
77 | 28 | 69 | douăzeci | 61 | 12 | 53 | patru | 45 |
3321 : 9 = 369
Dacă o serie de numere non-strict naturală este introdusă într-o matrice pătrată n × n , atunci acest pătrat magic este netradițional . Mai jos sunt două astfel de pătrate magice umplute cu numere prime (deși 1 nu este considerat un număr prim în teoria numerelor modernă). Primul are ordinul n=3 (pătratul lui Dudeney); al doilea ( 4x4 în dimensiune ) este un pătrat Johnson. Ambele au fost dezvoltate la începutul secolului al XX-lea [5] :
|
|
Există câteva alte exemple similare:
17 | 89 | 71 |
113 | 59 | 5 |
47 | 29 | 101 |
unu | 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 | unsprezece | 787 | 769 | 773 | 419 | 149 | 751 |
Ultimul pătrat, construit în 1913 de J. N. Munsey, este remarcabil prin faptul că este format din 143 de numere prime consecutive, cu excepția a două puncte: este implicată o unitate, care nu este un număr prim, și singurul număr prim par 2. nu este folosit.
Un pătrat pandiagonal sau al diavolului este un pătrat magic în care sumele numerelor de-a lungul diagonalelor întrerupte (diagonalele care se formează atunci când un pătrat este pliat într-un tor ) în ambele direcții coincid, de asemenea, cu o constantă magică .
Există 48 de pătrate de diavol 4x4 în forma standard Frenicle - până la rotații și reflexii. Pătratul pandiagonal păstrează proprietăți atunci când înfășoară rânduri sau coloane în paralel . Prin urmare, unitatea poate fi mutată în colțul din stânga sus. Există 12 astfel de pătrate pandiagonale în plan. Acestea sunt prezentate mai jos:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pe tor, fiecare dintre aceste patru pătrate corespunde unui pătrat. Acest lucru se datorează faptului că dacă tăiați torul, pornind de la celula unitară ca una de colț, atunci acest lucru se poate face în patru moduri, atribuind fiecăruia dintre cele patru colțuri ale celulei unitare unghiul unui pătrat plat. Prin urmare, pe tor există doar 3 pătrate pandiagonale.Orice dintre cele patru corespunzătoare acestuia poate fi folosit pentru a reprezenta un pătrat toric pe un plan.
Pătratele pandiagonale există pentru ordinul impar n>3, pentru orice ordin de paritate dublă n=4k (k=1,2,3...) și nu există pentru ordinul de paritate unică ( ).
Pătratele pandiagonale de ordinul al patrulea au o serie de proprietăți suplimentare pentru care sunt numite perfecte . Pătratele perfecte de ordine impară nu există. Printre pătratele pandiagonale cu paritate dublă peste 4 există perfecte [6] .
Pătrate pandiagonale de ordinul al cincilea 3600 . Inclusiv traducerile torice paralele, există 144 de pătrate pandiagonale diferite. Una dintre ele este prezentată mai jos.
unu | cincisprezece | 24 | opt | 17 |
9 | optsprezece | 2 | unsprezece | 25 |
12 | 21 | zece | 19 | 3 |
douăzeci | patru | 13 | 22 | 6 |
23 | 7 | 16 | 5 | paisprezece |
Dacă pătratul pandiagonal este și asociativ, atunci se numește ideal [7] . Un exemplu de pătrat magic perfect:
21 | 32 | 70 | 26 | 28 | 69 | 22 | 36 | 65 |
40 | 81 | 2 | 39 | 77 | 7 | 44 | 73 | 6 |
62 | zece | 51 | 58 | optsprezece | 47 | 57 | paisprezece | 52 |
66 | 23 | 34 | 71 | 19 | 33 | 67 | 27 | 29 |
patru | 45 | 74 | 3 | 41 | 79 | opt | 37 | 78 |
53 | 55 | cincisprezece | 49 | 63 | unsprezece | 48 | 59 | 16 |
treizeci | 68 | 25 | 35 | 64 | 24 | 31 | 72 | douăzeci |
76 | 9 | 38 | 75 | 5 | 43 | 80 | unu | 42 |
17 | 46 | 60 | 13 | 54 | 56 | 12 | cincizeci | 61 |
Se știe că nu există pătrate magice ideale de ordinul n = 4k+2 și niciun pătrat de ordinul n = 4 . În același timp, există pătrate perfecte de ordinul n = 8 . Folosind metoda de construire a pătratelor compuse, se pot construi, pe baza unui pătrat dat de ordinul al optulea, pătrate ideale de ordinul n = 8k, k=5,7,9... și de ordinul n = 8^p, p=2,3,4... În 2008, a fost dezvoltată o metodă combinatorie care construiește pătrate perfecte de ordinul n = 4k, k = 2, 3, 4,...
Descris de Yu. V. Chebrakov în Theory of Magic Matrices .
Pentru un n impar dat, desenați un tabel pătrat n cu n. Vom atașa terase (piramide) acestei mese pe toate cele patru laturi. Ca rezultat, obținem o figură simetrică în trepte.
|
Pornind de la vârful stâng al figurii în trepte, umpleți rândurile sale diagonale cu numere naturale consecutive de la 1 la .
După aceea, pentru a obține o matrice clasică de ordinul al N-lea, numerele din terase sunt plasate în acele locuri din tabelul NxN în care s-ar afla dacă ar fi mutate împreună cu terasele până când bazele teraselor se învecinează cu partea opusă a mesei.
|
|
În plus, această metodă este valabilă și dacă pătratul magic trebuie compus nu din numere de la 1 la N, ci și de la K la N, unde 1 <= K< N.
Regulile de construire a pătratelor magice se împart în trei categorii, în funcție de ordinea pătratului impar, egală cu de două ori un număr impar sau egală cu de patru ori un număr impar. Metoda generală de construire a tuturor pătratelor este necunoscută, deși diferite scheme sunt utilizate pe scară largă. [8] [9] Este posibil să găsiți toate pătratele magice de ordin numai pentru , prin urmare proceduri speciale de construire a pătratelor magice pentru . Cea mai simplă construcție este pentru un pătrat magic de ordine ciudată. Trebuie să puneți un număr în celulă cu coordonate (unde și modificați de la 1 la ) (Notă: această formulă este valabilă pentru toate pătratele de ordine impară, cu excepția pătratelor de forma . În aceste pătrate, suma numerelor de pe diagonala principală este cu N mai mult decât constanta magică.)
Este și mai ușor să construiți construcția după cum urmează. Se ia o matrice nxn. În interiorul lui este construit un romb în trepte. În ea, celulele de la stânga în sus de-a lungul diagonalelor sunt umplute cu un rând consecutiv de numere impare. Se determină valoarea celulei centrale C. Apoi valorile din colțurile pătratului magic vor fi următoarele: celula din dreapta sus C-1 ; celula din stânga jos C+1; celula dreapta jos Cn; celula din stânga sus C+n. Umplerea celulelor goale în triunghiuri de colț trepte se realizează în conformitate cu regulile simple: 1) în rânduri, numerele cresc de la stânga la dreapta în trepte de n + 1; 2) în coloane de sus în jos, numerele cresc cu un pas de n-1.
De asemenea, au fost dezvoltați algoritmi pentru construirea pătratelor pandiagonale [10] [11] și a pătratelor magice ideale 9x9. [12] [13] Aceste rezultate ne permit să construim pătrate magice de ordine perfectă pentru . [7] [14] Există, de asemenea, metode generale de aranjare a pătratelor magice perfecte de ordine impară . [15] [16] Au fost dezvoltate metode de construire a pătratelor magice ideale de ordinul n=8k, k=1,2,3… [17] și a pătratelor magice perfecte. [18] Pătratele padiagonale și ideale de ordin par-impar pot fi combinate numai dacă sunt netradiționale. [19] [20] [21] Cu toate acestea, este posibil să găsim pătrate aproape pandiagonale [22] Se găsește un grup special de pătrate magice ideal perfecte (tradiționale și netradiționale) [23] .
Pătratele magice de ordin impar și ordinea de dublă paritate au fost elaborate cu strictețe metodic. [24] Formalizarea pătratelor de ordinul parității unice este mult mai dificilă, așa cum este ilustrat de următoarele scheme:
|
|
|
Există zeci de alte metode pentru a construi pătrate magice.
Se știe că șahul , ca și pătratele magice, a apărut cu zeci de secole în urmă în India . Prin urmare, nu întâmplător a apărut ideea unei abordări de șah a construcției de pătrate magice. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de Euler . A încercat să obțină pătratul magic plin mergând continuu în jurul cavalerului. Cu toate acestea, nu a reușit să facă acest lucru, deoarece în diagonalele principale sumele numerelor diferă de constanta magică. Cu toate acestea, aspectul de șah vă permite să creați orice pătrat magic. Numerele sunt completate în mod regulat și rând cu rând, ținând cont de culoarea celulelor.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|