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如何构造7阶空间对称幻立方,实现完美幻中之幻?

【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13-1所示.图13-1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)个截面.⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺图13-25以i轴为法线方向的7个截面表示的7阶空间对称截面完美的幻立方以j轴为法线方向的j(j=1,2,…

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13-1所示.

图13-1 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13-2所示.

图13-2 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13-3所示.

图13-3 基数组成的长方阵

把图13-3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13-4所示.

图13-4 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13-5所示.

图13-5 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13-6所示.

图13-6 基数组成的长方阵

把图13-6中的基数作为基方阵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13-7所示.

图13-7 基方阵B2

⑶构造基方阵B3.

取定基方阵B3的基数的过程如图13-8所示.

图13-8 取定基方阵B3的基数的过程

基方阵B3如图13-9所示.

图13-9 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13-10所示.

图13-10 取定基方阵B4的基数的过程

基方阵B4如图13-11所示.

图13-11 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13-12所示.

图13-12 取定基方阵B5的基数的过程

基方阵B5如图13-13所示.

图13-13 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13-14所示.

图13-14 取定基方阵B6的基数的过程

基方阵B6如图13-15所示.

图13-15 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13-16所示.

图13-16 取定基方阵B7的基数的过程

基方阵B7如图13-17所示.

(www.chuimin.cn)

图13-17 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(4k-2i-1)(i=1,2,…,7)个位置得截面方阵Ck,按k由小到大的顺序,此k个截面组成的数字立方阵C就是一个7阶空间对称截面完美的幻立方.截面的方阵C1~C7分别如图13-18至图13-24所示.

图13-18 截面方阵C1

图13-19 截面方阵C2

图13-20 截面方阵C3

图13-21 截面方阵C4

图13-22 截面方阵C5

图13-23 截面方阵C6

图13-24 截面方阵C7

由上述k(k=1,2,…,7)个截面Ck组成的是一个7阶空间对称截面完美的幻立方,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.其三个方向上每个截面都是一个幻方常数为1204的完美幻方,即每个截面对角线或泛对角线上7个数字之和都等于1204.六个对角面都是一个幻方常数为1204的对称幻方.读者可随机抽验一下,很有意思的.

由以上方法得到的截面方阵C1~C7组成的数字立方阵C是一个7阶空间对称截面完美的幻立方,文[9]中已给出理论证明.但若用其他方法得出一个由7个截面方阵C1~C7组成的数字立方阵C,为了确定数字立方阵C就是一个7阶空间对称截面完美的幻立方,我们还需检查未直接写出的其他两个方向各7个截面是否都是一个幻方常数为1204的完美幻方,这是至关重要的.这里呈现在你面前的是数字立方阵C以k轴为法线方向的k(k=1,2,…,7)个截面,为了使读者有一个更清晰具体的概念,我们列出数字立方阵C以i轴为法线方向的i(i=1,2,…,7)个截面,如图13-25所示;数字立方阵阵C以j轴为法线方向的j(j=1,2,…,7)个截面,如图13-26所示.

以i轴为法线方向的i(i=1,2,…,7)个截面.

图13-25 以i轴为法线方向的7个截面表示的7阶空间对称截面完美的幻立方

以j轴为法线方向的j(j=1,2,…,7)个截面.

图13-26 以j轴为法线方向的7个截面表示的7阶空间对称截面完美的幻立方

由文[1]中的两步法可得出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阶空间对称截面完美的幻立方.