第十章數學趣聞知多少
神奇的幻方
相傳在大禹治水的年代裏,陝西的洛水常常大肆泛濫。洪水衝毀房舍,吞沒田園,給兩岸人民帶來巨大的災難。於是,每當洪水泛濫的季節來臨之前,人們都抬著豬羊去河邊祭河神。每一次,等人們擺好祭品,河中就會爬出一隻大烏龜來,慢吞吞地繞著祭品轉一圈。大烏龜走後,河水又照樣泛濫起來。
後來,人們開始留心觀察這隻大烏龜。發現烏龜殼有9大塊,橫著數是3行,豎著數是3列,每一塊烏龜殼上都有幾個小點點,正好湊成從1到9的數字。可是,誰也弄不懂這些小點點究竟是什麼意思。
有一年,這隻大烏龜又爬上岸來,忽然,一個看熱鬧的小孩驚奇地叫了起來:“多有趣啊,這些小點點不論是橫著加,豎著加,還是斜著加,算出的結果都是15!”人們想,河神大概是每樣祭品都要15份吧,趕緊抬來15頭豬和15頭牛獻給河神……果然,河水從此再也不泛濫了。
這個神奇的故事在我國流傳極廣,甚至寫進許多古代數學家的著作裏。烏龜殼上的這些點點,後來被稱作是“洛書”。一些人把它吹得神乎其神,說它揭示了數學的奧秘,甚至胡說因為有了“洛書”,才開始出現了數學。
撇開這些迷信色彩不談,“洛書”確實有它迷人的地方。普普通通的9個自然數,經過一番巧妙的排列,就把它們每3個數相加和是15的8個算式,全都包含在一個圖案之中,真是令人不可思議。
在數學上,像這樣一些具有奇妙性質的圖案叫做“幻方”。“洛書”有3行3列,所以叫3階幻方。它也是世界上最古老的一個幻方。
構造3階幻方有一個很簡單的方法。首先,把前9個自然數按規定的樣子擺好。接下來,隻要把方框外邊的4個數分別寫進它對麵的空格裏就行了。根據同樣的方法,還可以造出一個5階幻方來,但卻造不出一個4階幻方。實際上,構造幻方並沒有一個統一的方法,主要依靠人的靈巧智慧,正因為此,幻方贏得了無數人的喜愛。
曆史上,最先把幻方當作數學問題來研究的人,是我國宋朝的著名數學家楊輝。他深入探索各類幻方的奧秘,總結出一些構造幻方的簡單法則,還動手構造了許多極為有趣的幻方。被楊輝稱為“攢九圖”的幻方,就是他用前33個自然數構造而成的。
攢九圖有哪些奇妙的性質呢?請動手算算:每個圓圈上的數加起來都等於多少?而每條直徑上數加起來,又都等於多少?
幻方不僅吸引了許多數學家,也吸引了許許多多的數學愛好者。我國清朝有位叫張潮的學者,本來不是搞數學的,卻被幻方弄得“神魂顛倒”。後來,他構造出了一批非常別致的幻方。“龜文聚六圖”,就是張潮的傑作之一。圖中的24個數起到了40個數的作用,使各個6邊形中諸數之和都等於75。
大約在15世紀初,幻方輾轉流傳到了歐洲各國,它的變幻莫測,它的高深奇妙,很快就使成千上萬的歐洲人如癡如狂。包括歐拉在內的許多著名數學家,也對幻方產生了濃鬱的興趣。
歐拉曾想出一個奇妙的幻方。它由前64個自然數組成,每列或每行的和都是260,而半列或半行的和又都等於130。最有趣的是,這個幻方的行列數正好與國際象棋棋盤相同,按照馬走“日”字的規定,根據這個幻方裏數的排列順序,馬就可以不重複地跳遍整個棋盤!所以,這個幻方又叫“馬步幻方”。
近百年來,幻方的形式越來越稀奇古怪,性質也越來越光怪陸離。現在,許多人都認為,最有趣的幻方屬於“雙料幻方”。它的奧秘和規律,數學家至今尚未完全弄清楚呢。
8階幻方就是一個雙料幻方。
為什麼叫做雙料幻方?因為,它的每一行、每一列以及每條對角線上8個數的和,都等於同一個常數840;而這樣8個數的積呢,又都等於另一個常數2058068231856000。