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【趣味数学题】幻方

2021-07-07 21:20 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛 (Tao Steven Zheng) 著

【问题】

幻方(古称 “纵横图”)将把连续的正整数 1%2C2%2C3%2C%E2%80%A6%2Cn%5E2填入 的正方形格子中,使每行、每列、两条对角线上的数字之和相等。这个数和叫作“幻方常数”(magic constant)。宋代数学家杨辉(约公元 1238年-1298年 )的著作《续古摘奇算法》里列出 3%C3%973%2010%C3%9710 幻方。

求 10 阶幻方的“幻方常数”。

 

【题解】

M_n 表示 n%C3%97n%20 幻方的 “幻方常数”。计算 “幻方常数” 的方法如下:将幻方中的所有数字相加,然后除以行数(或列数)。

M_n%3D%5Cfrac%7B1%2B2%2B3%2B%E2%8B%AF%2Bn%5E2%7D%7Bn%7D


M_n%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bn%7D%20%5Csum_%7Bk%3D1%7D%5E%7Bn%5E2%7Dk

已知计算连续正整数之和的公式是

%5Csum_%7Bk%3D1%7D%5E%7Bp%7Dk%3D%5Cfrac%7Bp(p%2B1)%7D%7B2%7D


p%3Dn%5E2,则

%5Csum_%7Bk%3D1%7D%5E%7Bn%5E2%7D%3D%5Cfrac%7Bn%5E2(n%5E2%2B1)%7D%7B2%7D

因此,

M_n%3D%5Cfrac%7Bn%5E2(n%5E2%2B1)%7D%7B2n%7D

因此,n%C3%97n 幻方的“幻方常数”为

M_n%3D%5Cfrac%7Bn(n%5E2%2B1)%7D%7B2%7D

10层幻方的 “幻方常数” 是

M_%7B10%7D%3D%5Cfrac%7B10(10%5E2%2B1)%7D%7B2%7D%3D505

幻方



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