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幻中之幻:构造9阶空间对称幻立方的方法

【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1~81的自然数组成的9阶对称幻方的基方阵A,按自然数的顺序安装各列基数随后的8个数,得基方阵A如图12-27所示.图12-27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,…B9的基数及基方阵B3,B4,…))2=18432个不同的9阶对称幻方,它们来自18432个不同的9阶基方阵,由这些不同的9阶基方阵出发就可分别得出同样数目的不同9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1~81的自然数组成的9阶对称幻方的基方阵A,按自然数的顺序安装各列基数随后的8个数,得基方阵A如图12-27所示.

图12-27 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,…,9

第二步,构造以k轴为法线方向的第k(k=1,2,…,9)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1×9的长方阵,如图12-28所示.

图12-28 1×9的长方阵

上述长方阵的数减1再乘以9然后加1得由基方阵B1的基数组成的长方阵,如图12-29所示.

图12-29 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12-30所示.

图12-30 基数顺移后所得数字长方阵

把图12-30中的数作为基方阵B1的基数置于基方阵B1的灰色方格中,按自然数顺序安装各列基数随后的8个数,得基方阵B1如图12-31所示.

图12-31 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1×9的长方阵如图12-32所示.

图12-32 1×9的长方阵

上述长方阵的数减1再乘以9然后加1得由基方阵B2的基数组成的长方阵,如图12-33所示.

图12-33 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12-34所示.

图12-34 基数顺移后所得数字长方阵

把图12-34中的数作为基方阵B2的基数置于基方阵B2的灰色方格中,按自然数顺序安装各列基数随后的8个数,得基方阵B2如图12-35所示.

图12-35 基方阵B2

类似地可得到基方阵B3,B4,…B9的基数及基方阵B3,B4,…B9.

⑶构造基方阵B3.

取定基方阵B3的基数的过程如图12-36所示.

图12-36 取定基方阵B3的基数的过程

基方阵B3如图12-37所示.

图12-37 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12-38所示.

图12-38 取定基方阵B4的基数的过程

基方阵B4如图12-39所示.

图12-39 基方阵B4

⑸构造基方阵B5.

取定基方阵B5的基数的过程如图12-40所示.

图12-40 取定基方阵B5的基数的过程

基方阵B5如图12-41所示.

图12-41 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12-42所示.

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图12-42 取定基方阵B6的基数的过程

基方阵B6如图12-43所示.

图12-43 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12-44所示.

图12-44 取定基方阵B7的基数的过程

基方阵B7如图12-45所示.

图12-45 基方阵B7

⑻构造基方阵B8.

取定基方阵B8的基数的过程如图12-46所示.

图12-46 取定基方阵B8的基数的过程

基方阵B8如图12-47所示.

图12-47 基方阵B8

⑼构造基方阵B9.

取定基方阵B9的基数的过程如图12-48所示.

图12-48 取定基方阵B9的基数的过程

基方阵B9如图12-49所示.

图12-49 基方阵B9

第三步,第k(k=1,2,…,9)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(9+k-i)(i=1,2,…,9)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9阶空间对称的幻立方.截面的方阵C1~C9分别如图12-50至图12-58所示.

图12-50 截面方阵C1

图12-51 截面方阵C2

图12-52 截面方阵C2

图12-53 截面方阵C2

图12-54 截面方阵C5

图12-55 截面方阵C6

图12-56 截面方阵C7

图12-57 截面方阵C8

图12-58 截面方阵C9

由上述k(k=1,2,…,9)个截面Ck组成的9阶空间对称的幻立方,由1~729的自然数所组成,其92个行,92个列,92个纵列以及四条空间对角线上的9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93+1=730.读者可随机抽验一下,很有意思的.

由文[1]中的两步法可得出2·4(23(3!))2=18432个不同的9阶对称幻方,它们来自18432个不同的9阶基方阵,由这些不同的9阶基方阵出发就可分别得出同样数目的不同9阶空间对称的幻立方.