幻圆

✍ dations ◷ 2025-09-12 16:06:54 #中国算学,组合数学

幻圆是组合数学的一个分枝,将自然数排列在多个同心圆或多个连环圆上,使各圆周上数字之和相同,几条直径上的数字和也相同。著名的同心幻圆有南宋数学家杨辉的攒九图和丁易东的太衍五十图。

杨辉《续古摘奇算法》有聚五图,聚六图,聚八图,攒九图,八阵图,连环图。

杨辉《续古摘奇算法》中的攒九图以自然数1至33构成,9在圆心,其余排列在四个同心圆上,每圈8个数。杨辉有如下攒九图奇妙特点;

杨辉书中未曾说明幻圆的构造方法。新加坡大学蓝丽蓉教授 建议将八组半径数字分为两组,构成两个四阶幻方,例如;

{\displaystyle {\begin{bmatrix}28&5&11&25\\27&15&3&24\\6&32&29&2\\8&17&26&18\end{bmatrix}}}

{\displaystyle {\begin{bmatrix}12&31&19&7\\4&21&14&30\\20&16&23&10\\33&1&13&22\end{bmatrix}}}

由于这两个四阶幻方纵数横数之和都是69,只需从第一幻方和第二幻方中随意各取一行,或随意各取一列,构成同一条直径上的两对半径,一共组成四条直径,每直径8个数,最后在圆心安方9,就不但可以排出杨辉幻圆;而且可以排除许许多多不同排列的幻园。此外,由于数字的和与数字的次序无关,因此;

杨辉幻圆真是富于变化。如果限制四个圆周上必须有两个同和半圆(半圆上的四个数字之和必须=69),杨辉幻圆上的半径位置就不可调换。如此一来,杨辉幻圆可以有

具有16个同和线段(和数为69)的幻圆不止一个,可依靠四个圆圈的不同排列得到,共有4x3x2=24种。

1至64, 64数字分为八个圆圈,每个圆圈内数目之和=260。从西北角顺时针方向各小圆之和为:

40 + 24 + 9 + 56 + 41 + 25 + 8 + 57 = 260 {\displaystyle 40+24+9+56+41+25+8+57=260} 14 + 51 + 46 + 30 + 3 + 62 + 35 + 19 = 260 {\displaystyle 14+51+46+30+3+62+35+19=260}

45 + 29 + 4 + 61 + 36 + 20 + 13 + 52 = 260 {\displaystyle 45+29+4+61+36+20+13+52=260} 37 + 21 + 12 + 53 + 44 + 28 + 5 + 60 = 260 {\displaystyle 37+21+12+53+44+28+5+60=260}

47 + 31 + 2 + 63 + 34 + 18 + 15 + 50 = 260 {\displaystyle 47+31+2+63+34+18+15+50=260}

7 + 58 + 39 + 23 + 10 + 55 + 42 + 26 = 260 {\displaystyle 7+58+39+23+10+55+42+26=260}

38 + 22 + 11 + 54 + 43 + 27 + 6 + 59 = 260 {\displaystyle 38+22+11+54+43+27+6+59=260}

48 + 32 + 1 + 64 + 33 + 17 + 16 + 49 = 260 {\displaystyle 48+32+1+64+33+17+16+49=260}

14 + 51 + 62 + 3 + 7 + 58 + 55 + 10 = 260 {\displaystyle 14+51+62+3+7+58+55+10=260}

49 + 16 + 1 + 64 + 60 + 5 + 12 + 53 = 260 {\displaystyle 49+16+1+64+60+5+12+53=260}

此外两条对角线的16个数字之和为260的两倍: 40 + 57 + 41 + 56 + 50 + 47 + 34 + 63 + 29 + 4 + 13 + 20 + 22 + 11 + 6 + 27 = 2 260 = 520 {\displaystyle 40+57+41+56+50+47+34+63+29+4+13+20+22+11+6+27=2*260=520}

1至72,共72个数字分为9个圆圈,排列成方阵如图。

此连环图奇妙之处在于连环生圈:由于左右相邻的四个圈的数字连环,又多出4个 8字圆圈

连环圈由有以下相邻的8字圈连环组成:

一共13个八字圈::西北,北,东北,东,东南,南,西南,西,中,(东北,北,东,中),(西北,北,西,中),(东南,南,东,中),(西南,南,西,中)

南宋数学家丁易东是杨辉同时代人,以自然数1至49作出六同心圆幻圆,称之为太衍五十图。

丁易东幻圆特性;

丁易东给出把三阶幻方洛书变化为六阶幻园太衍五十图的的奇妙方法;

将从1至49的数字分成以下9组

按洛书口诀:“戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足”排列数字组:

聚五图,聚六图,聚八图,攒九图,八阵图。

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