縱橫圖

縱橫圖

將從1至n平方的自然數排列成縱橫各有個數的正方形,使每行、每列、有時還包括每條主對角線上的個數的和都等於同一個數m(2m=n立方+n),稱這樣的排列為階的縱橫圖,亦稱階幻方。

縱橫圖

中國東漢末年鄭玄(129~200)注《易緯·乾鑿度》:“太乙取其數以行九宮,四正四維皆合於十五”而得九宮數,即三階幻方(圖1縱橫圖)。西魏北周盧辯注《禮記·明堂篇》“二、九、四、七、五、三、六、一、八”有法龜文之說,後周甄鸞注《數術記遺》云:“九宮者,二、十為肩,六、八為足,左三右七,戴九履一,五居中央。”亦與龜文之說暗合。古人在龜甲或骨上用火灼出窩槽,爆見吉祥之兆,有時這種窩槽的排列有了某種特殊的意義,令人驚異,於是成為世代相傳的神話。可見,九宮圖由來已久。
南宋楊輝《續古摘奇算法》(1275)卷一始有“縱橫圖”之名,其中給出了三至十階的幻方及其變體共十三種。
元代安西王府舊址(今西安市郊)曾出土至元十五年(1278)阿拉伯學者扎馬魯丁為安西王推算曆法期間所製作的“東阿拉伯系統”數碼的鐵制六階幻方(1956年出土,(見彩圖縱橫圖)。上海浦東陸家嘴明嘉靖陸深墓中也發現元代玉質可佩掛的四階幻方(1980年出土)。
明王文素《算學寶鑑》(1524)載縱橫圖多種。程大位《算法統宗》(1592)卷十七載縱橫圖14種,及清方中通《數度衍》(1661)卷首之一“九九圖說”後附縱橫圖14種,與楊輝所著《續古摘奇算法》中所載縱橫圖大同小異。
張潮 (1650~?)《心齋雜俎》卷下“算法圖補”增補縱橫圖若干種。梅瑴成《增刪算法統宗》(1760)淘汰有關河圖洛書及縱橫圖的內容之後,縱橫圖存在約有一百多年。
清初、傳教士傳入《三三等數圖》列三至十階縱橫圖八種,並指出作圖方法。英國人傅蘭雅主編的《格致彙編》(1878)載有四階縱橫圖(圖2縱橫圖),此即1514年A.度勒所刻十六字方圖。歐洲研求縱橫圖造法始自14世紀。中國人杜亞泉(1872~1933)等從1900年起論及縱橫圖的造法,但多沿用西說。
縱橫圖現在仍然是組合數學研究的課題,廣義幻方、幻體、雙隨機矩陣等都由它推廣而來。探討中國縱橫圖發展的悠久歷程是組合數學前史的重要內容,日益受到國內外數學史界的重視。

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