Магические квадраты
Магическим квадратам тысячи лет. Их рисовали на амулетах, высекали на храмах, прятали в картинах. Математика в них простая и красивая, а составлять их это хорошая тренировка устного счёта и логики. Разберём, как они устроены и как сделать свой.
Для 4–9 классов. Подойдёт для кружка или урока на последней неделе четверти.
Что такое магический квадрат
Это квадратная таблица n × n, заполненная числами от 1 до n², где суммы в каждой строке, каждом столбце и на двух главных диагоналях одинаковые. Эта сумма называется магической константой.
M = n · (n² + 1) / 2
Откуда формула: сумма всех чисел от 1 до n² равна n² · (n² + 1) / 2, а строк n, и в каждой одинаковая сумма. Для 3×3 получается 3 · 10 / 2 = 15, для 4×4 получается 34.
Квадрат Ло Шу
4 9 2
3 5 7
8 1 6
По китайской легенде, этот квадрат был нарисован на панцире черепахи, которая вышла из реки Ло. В центре всегда стоит 5, а чётные числа по углам. Все другие квадраты 3×3 получаются из Ло Шу поворотами и отражениями.
Квадрат Дюрера
Немецкий художник Альбрехт Дюрер поместил магический квадрат 4×4 на гравюру «Меланхолия I» 1514 года. В нижней строке в середине стоят числа 15 и 14, то есть год создания гравюры.
16 3 2 13
5 10 11 8
9 6 7 12
4 15 14 1
Сумма 34 получается не только в строках, столбцах и диагоналях, но и в четырёх угловых клетках, в центральном квадрате 2×2 и в каждом из четырёх угловых квадратов 2×2.
Как составить свой
Для квадратов нечётного размера есть сиамский способ, его привёз в Европу в XVII веке французский посол из Сиама:
- Поставьте 1 в середину верхней строки.
- Каждое следующее число ставьте по диагонали вверх и вправо.
- Если вышли за верхний край, переходите в нижнюю строку того же столбца.
- Если вышли за правый край, переходите в левый столбец той же строки.
- Если клетка занята, ставьте число прямо под предыдущим.
Попробуйте так построить квадрат 5×5. Его магическая сумма 5 · 26 / 2 = 65.
Задания
| Задание | Ответ |
|---|---|
| Магическая сумма квадрата 6×6 | 6 · 37 / 2 = 111 |
| Магическая сумма квадрата 10×10 | 505 |
| Квадрат 3×3 из чисел 2, 4, …, 18. Какая сумма? | 30: каждое число вдвое больше |
| Можно ли составить магический квадрат 2×2? | нет: из a + b = a + c следует b = c, а числа должны быть разными |
Разберём на занятии
Разберём эту тему и всё, что с ней связано, на живом занятии: преподаватель видит, как ребёнок решает, и поправляет на первом неверном шаге.
Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.
Частые вопросы
Сколько всего магических квадратов 4×4?
880, если не считать повороты и отражения. Для 5×5 их больше 275 миллионов.
А при чём тут Бенджамин Франклин?
Американский политик и учёный любил составлять квадраты и придумал квадрат 8×8 с множеством дополнительных сумм, его так и называют квадратом Франклина.