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版畫《憂鬱》中的四階魔方陣

        下圖左是藝術家杜勒(Albrecht Dürer)的版畫《憂鬱》。

    

注意到了嗎?在圖的右上角有一個四階魔方陣,見上圖右,這個魔方陣是由杜勒自己發現的。他創作這幅版畫的時候正值文藝復興時期,當時的占星家認為四階魔方陣可以驅除憂鬱,所以他就將這個魔方陣放入作品之中。而且,這個魔方陣還有一個很妙的地方,它的底邊15, 14正是這幅作品完成的年代1514年。

        注意到上面的4階魔方陣和之前的3階魔方陣擁有的另一個共同性質:任兩個對稱於中心點的位置上的數字其和都是n2 + 1 ――這樣的魔方陣我們稱之為對稱魔方陣

如下圖,上面的4階魔方陣對稱於中心點的位置上的數字其和都是42 + 1 = 17

        現在我們已經很了解3階的魔方陣是怎麼一回事了,而且也看過一個四階魔方陣的例子,於是我們很自然會想知道:是否對於任意正整數n都存在一個n階的魔方陣?

        如果n > 3呢?對於這個問題,大約30年前德國數學家L. Bieberbach證明了:

「對於任意大於等於3的數n,都存在一個n階的魔方陣。」

是不是數字愈多就可以組合出愈多種的魔方陣(同構的魔方陣視同一種)?

n = 3

有唯一一個魔方陣。

n = 4

下面是兩個不同構的4階魔方陣

似乎n愈大,不同構的n階魔方陣就愈多。到底n階的魔方陣有幾個?

n = 31
n = 4
880
n = 5
275305224個(靠計算機的幫忙)

 

        你有沒有什麼好的方法可以計算魔方陣的個數呢?

 

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