"Edvard Christoffersen" <edv@worldonline.dk> writes:
> Jeg har med stor fornøjelse læst indlæggene i denne nyhedsgruppe og
> fornemmer, at der sidder adskillige debattører med lyst til tal. Derfor
> denne lille udfordring:
>
> På ferietur til Barcelona undgår man ikke et besøg i Katedralen "Sagrada
> Familia", som er baseret på Antonio Gaudis modernistiske arkitektur. Kirken
> siges at være fuld af symbolske hentydninger og en hyldest til naturen. På
> passionsfacaden, som er der, hvor man går ud af kirken efter et besøg i
> tårnene, findes en tavle bestående af 16 kvadrater med hver sit tal i,
> således:
>
> 1 14 14 4
> 11 7 6 9
> 8 10 10 5
> 13 2 3 15
Man kalder disse kvadrater for "magiske kvadrater". De har været
meget populære i middelalderen, hvor nogle tillagde dem magiske
kræfter. Se evt.
http://www.mathpuzzle.com/masquare.htm , som viser
Albrect Durers billede "Melancholia" fra 1514, som indholder et magisk
kvadrat, der angiver årstallet i de to midterste felter i den
nedererste række.
I reglen skal et magisk kvadrat (modsat, det herover viste) bestå af
forskellige tal, typisk fra 1 op til n^2, hvor n er sidelængden af
kvadratet. Desuden skal summen af tallene i hver søjle, række og
diagonal være den samme. Herover er værdien 33. Durers kvadrat er et
ægte magisk kvadrat med sum 34.
> Jeg behøver vel ikke at gå i detaljer med evt. løsninger på dette, men det
> vil nok overraske enkelte, at man kan blive ved med at finde
> regelmæssigheder.
>
> Men jeg vil forsøge mig med et spørgsmål: Er dette guddommeligt?
Nej.
> Spørgsmålet kan udbygges med endnu ét: Kan man konstruere sådan en talrebus
> på grundlag af matematik?
Ja da. Matematikere har beregnet metoder til at lave magiske
kvadrater med alle sidelænger over 2. Jeg selv ynder følgende metode:
Lav to kvadrater, men i stedet for at de indeholder tallene fra 1 til
n^2, så indeholder hvert kvadrat tallene fra 0 til n-1 n gange hver.
Summene af rækker, søjler og diagonaler skal være konstant i disse,
hvilket f.eks. opnås ved at lade hver række og søjle indeholde hvert
tal en gang. Desuden skal de par, der opstår ved at tage tallene fra
tilsvarende positioner i de to kvadrater være forskellige. Et
eksempel for 4x4 kvadrater er:
0321 0213
2103 3120
1230 2031
3012 1302
Læg mærke til at det andet kvadrat er en spejling af det første over
den ene diagonal. Det er ikke altid det giver forskellige par, men
det virker her. For at konstruere det færdige kvadrat laves tallet i
hvert felt på følgende måde: 4*(tallet fra første kvadrat)+(tallet i
andet kvadrat)+1. Altså:
1 15 10 8
12 6 3 13
7 9 16 2
14 4 5 11
Udover at have ens sum i rækker, søjler og diagonaler, er summen også
den samme for alle sæt af fire tal, som sidder som hjørnerne i et
kvadrat, dvs. alle de små 2x2 kvadrater, de fire hjørner, samt
hjørnerne i de 4 3x3 kvadrater.
Det kan tage lidt pusleri at lave de to kvadrater, men der er
særtilfælde, der kan laves systematisk. F.eks. hvis sidelængden er
ulige:
For ulige sidelænge n, lav et kvadrat hvor rækken 0,1,...,n-1 er i
midten og de andre er rækker forskydes med et felt op og ned,
f.eks. for n=5:
23401
12340
01234
40123
34012
Det andet kvadrat fås ved at rotere dette 90 grader.
Hvis et kvadrat har sidelængde m*n, kan man konstruere det ud fra
kvadrater for sidelængerne m og n. Det gøres også ved at lave to
kvadrater og sætte dem sammen, som vist herover. Det første laves på
følgende måde: Tag mxm kvadratet og træk 1 fra alle tallene. Sæt
derefter n^2 kopier af dette ved siden af og ovenpå hinanden til et
(m*n)x(m*n) kvadrat. Det andet fås på følgende måde: Tag nxn
kvadratet og træk 1 fra alle tallene. Erstat nu hvert felt (med værdi
x) med et mxm kvadrat, hvor alle felterne har værdien x. De to
kvadrater kombiners som før. Eksempel: Et 9x9 kvadrat konstrueres ud
fra to 3x3 kvadrater. Vi bruger dette 3x3 kvadrat (som er lavet med
den førbeskrevne metode):
816
357
492
Første kvadrat:
705705705
246246246
381381381
705705705
246246246
381381381
705705705
246246246
381381381
Andet kvadrat:
777000555
777000555
777000555
222444666
222444666
222444666
333888111
333888111
333888111
I kan selv få fornøjelsen af at sætte dem sammen. Det giver et
anderledes 9x9 kvadrat end man får ved den tidligere beskreven metode
for ulige sidelængder.
Vi kan altså nu konstruere kvadrater for alle ulige tal, samt for tal
af formen 4^m*n, hvor n er ulige (ved at bruge 4x4 kvadratet, der er
vist ovenfor). Det er ikke svært at lave et 8x8 kvadrat, så det giver
os kvadraterne af formen 8x4^m*n, så vi mangler altså bare for tal af
formen 2*n, hvor n er ulige (f.eks 6). Der findes også en systematisk
metode for disse, men jeg husker ikke alle detaljerne. Så jeg vil
lade det være en opgave til den interesserede læser at lave f.eks. et
6x6 kvadrat. Advarsel: Det er ikke så let, som det lyder, men det kan
lade sig gøre.
Torben Mogensen (torbenm@diku.dk)