射雕英雄传中的谜题,你能解得像黄蓉一样快吗?

作者: 海狸

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-11-02

本文探讨了《射雕英雄传》中黄蓉解决的九宫格数学问题,介绍了三阶和四阶幻方的构成方法,并展示了中国在幻方发现上的历史贡献。

琴心剑胆侠客梦,几代人的青春里都住着一个金庸。大侠在文学上的成就众所周知,历史地理甚至数学也颇有修为。在《射雕英雄传》中,老爷子就讲过一个有趣的数学问题:如何破解“九宫格”的填写方法。

(瑛姑)道:“将一至九这九个数字排成三列,不论纵横斜角,每三字相加都是十五,如何排法?”……(黄蓉)当下低声诵道:“九宫之义,法以灵龟,二四为肩,六八为足,左三右七,戴九履一,五居中央。”

黄蓉的解答,可以对应下面的方阵:

这种图在数学中称为三阶幻方,图中横排、竖排、对角的三个数字之和都相等。推广到更一般的情况:将个数填入n×n的方阵中,使每行、每列、以及每条对角线上的n个数之和相等,称为幻和,这个方阵称为n阶幻方。

国际数学界公认中国是最早发现幻方的国家。相传洛河中曾浮出神龟,背驮"洛书",献给大禹。大禹依此治水成功,遂划天下为九州。《易·系辞上》说:"河出图,洛出书,圣人则之",就是指这件事。传说虽然未必可信,“洛书”上面的圆点图案,却是真实的幻方,与上面九宫格的数字分配完全相同。

那如果九宫格中填的不是1~9,而是其他数字,该怎么构成幻方呢?我们来试着填下这个表:

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你填对了吗?如果填对了,恭喜你取得了神算子资格证。如果暂时没有答对,没关系。让我们一起看看下面的方法吧(不是唯一方法,欢迎更多好主意)。

三阶幻方中,三行、三列、两条对角线上的数字之和都相等,我们可以通过巧妙画线找相等关系,来解决此类三阶幻方的填空问题。

以本题为例:

(1) 第一条线要穿过两个已知数 2,–4;

(2) 第二条线,要从第一条线的空白处出发,扫过第三个已知数 8,可以求出“a”处数字为–10;

(3) 循环上述步骤,利用新已知数–10再画线,求出”b”处为–16,将对角线上三数相加,幻和为–12(如果列出二元一次方程,这两步也可以合并);

(4) 利用幻和,完成幻方。

为什么可以这样操作呢?

我们在九宫格上画的两条线上,数字之和相等,空白处为公共数,用幻和减去公共数,两条线上的另外两个数之和也相等,也就是说两个已知数之和等于另外一个已知数加一个未知数,那么这个问题就变成解一元一次方程的问题了。再来练个手吧——

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当然,还有一条捷径。三阶幻方有一条重要性质:幻和总是中心数的三倍。真的吗?我们接着画线来证明一下。

设中间数为x,幻和为s,则经过x的四线段上数字之和为4s。这个总和相当于每个数字都出现了1次,而x又多出现了三次。所以总和又等于幻方中9个数的和3s再加3x。

4s= 3s+3x

3x=s

即中间数的三倍就是幻和。

到这里,你是不是已经觉得三阶幻方太简单了?那不妨来挑战下四阶幻方,1~16这十六个数字填入4×4的方格,稍后黄蓉为你揭晓答案。

黄蓉道:“就说四四图罢,以十六字依次作四行排列,先以四角对换,一换十六,四换十三,后以内四角对换,六换十一、七换十。这般横直上下斜角相加,皆是三十四。”

第一步:顺序填写

第二步:交换对角线上的四对数字

黄蓉所说的对角线交换法,只要按顺序填表,再交换4对数字就完成了四阶幻方。其它阶数的幻方也有很多有趣的排法,比如罗伯法、马步法等等,试一试,自己来搜集更多幻方知识吧。

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