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构造7阶空间对称幻立方的指南

【摘要】:第一步,根据文[1]中构造对称幻方的两步法,构造一个由1~49的自然数组成的7阶对称幻方的基方阵A,按事先选定的顺序安装各列基数随后的6个数,得基方阵A如图12-1所示.图12-1基方阵A记基方阵A位于第i行第j列的元素为a(i,j)其中i,j=1,2,…B7的基数及基方阵B3,B4,…))2=384个不同的7阶对称幻方,它们来自384个不同的7阶基方阵,由这些不同的7阶基方阵出发就可分别得出同样数目的不同7阶空间对称的幻立方.

第一步,根据文[1]中构造对称幻方的两步法,构造一个由1~49的自然数组成的7阶对称幻方的基方阵A,按事先选定的顺序安装各列基数随后的6个数,得基方阵A如图12-1所示.

图12-1 基方阵A

记基方阵A位于第i行第j列的元素为a(i,j)其中i,j=1,2,…,7

第二步,构造以k轴为法线方向的第k(k=1,2,…,7)个截面的基方阵Bk,Bk位于第i行、第j列的元素为b(k,i,j).

⑴构造基方阵B1,首先要取定基方阵B1的基数.

取基方阵A的第1行作为一个1×7的长方阵,如图12-2所示.

图12-2 1×7的长方阵

上述长方阵的数减1再乘以7然后加1得由基方阵B1的基数组成的长方阵,如图12-3所示.

图12-3 基数组成的长方阵

把基数组成的长方阵灰色方格中的数移至第1列,其余数字顺移,基数顺移后所得数字长方阵如图12-4所示.

图12-4 基数顺移后所得数字长方阵

把图12-4中的基数作为基方阵B1的基数置于基方阵B1的灰色方格中,按构造基方阵A时同样的顺序安装各列基数随后的6个数,得基方阵B1如图12-5所示.

图12-5 基方阵B1

⑵构造基方阵B2,首先要取定基方阵B2的基数.

取基方阵A的第2行作为一个1×7的长方阵,如图12-6所示.

图12-6 1×7的长方阵

上述长方阵的数减1再乘以7然后加1得由基方阵B2的基数组成的长方阵,如图12-7所示.

图12-7 基数组成的长方阵

把基数组成的长方阵灰色方格中的数移至第1列,其余数字顺移,基数顺移后所得数字长方阵如图12-8所示.

图12-8 基数顺移后所得数字长方阵

把图12-8中的数作为基方阵B2的基数置于基方阵B2的灰色方格中,按构造基方阵A时同样的顺序安装各列基数随后的6个数,得基方阵B2,如图12-9所示.

图12-9 基方阵B2

类似地可得到基方阵B3,B4,…B7的基数及基方阵B3,B4,…B7

⑶构造基方阵B3.

取定基方阵B3的基数的过程如图12-10所示.

图12-10 取定基方阵B3的基数的过程

基方阵B3如图12-11所示.

图12-11 基方阵B3

⑷构造基方阵B4.

取定基方阵B4的基数的过程如图12-12所示.

图12-12 取定基方阵B4的基数的过程

基方阵B4如图12-13所示.

图12-13 基方阵B4(www.chuimin.cn)

⑸构造基方阵B5.

取定基方阵B5的基数的过程如图12-14所示

图12-14 取定基方阵B5的基数的过程

基方阵B5如图12-15所示.

图12-15 基方阵B5

⑹构造基方阵B6.

取定基方阵B6的基数的过程如图12-16所示.

图12-16 取定基方阵B6的基数的过程

基方阵B6如图12-17所示.

图12-17 基方阵B6

⑺构造基方阵B7.

取定基方阵B7的基数的过程如图12-18所示.

图12-18 取定基方阵B7的基数的过程

基方阵B7如图12-19所示.

图12-19 基方阵B7

第三步,第k(k=1,2,…,7)个截面的基方阵Bk第i行的元素按余函数r(t)的规则右移r(7+k-i)(i=1,2,…,7)个位置得第k个截面的方阵Ck,按k由小到大的顺序,此k个截面Ck组成的数字立方阵C就是一个奇数7阶空间对称的幻立方.截面的方阵C1~C7分别如图12-20至图12-26所示.

图12-20 截面方阵C1

图12-21 截面方阵C2

图12-22 截面方阵C3

图12-23 截面方阵C4

图12-24 截面方阵C5

图12-25 截面方阵C6

图12-26 截面方阵C7

由上述k(k=1,2,…,7)个截面Ck组成的7阶空间对称的幻立方,由1~343的自然数所组成,其72个行,72个列,72个纵列以及四条空间对角线上的7个数字之和都等于,即幻立方常数.空间中心对称位置上的两个数其和都等于73+1=344.读者可随机抽验一下,很有意思的.

由文[1]中两步法可得出2·3(22(2!))2=384个不同的7阶对称幻方,它们来自384个不同的7阶基方阵,由这些不同的7阶基方阵出发就可分别得出同样数目的不同7阶空间对称的幻立方.