傳說在很久很久以前,黃河里躍起一匹龍馬,馬背上馱著一幅圖;洛水里也浮出一只神龜,龜背上也馱著一幅圖。這兩幅圖上都用圓點來表示一組數字,馬背上的那幅稱為“河圖”,龜背上的那幅稱為“洛書”。(參見圖1-9-1)再后來,經過人們研究,發現圖中右邊的那幅“洛書”,其實是一幅縱橫圖,即用1到9這9個數字組成一幅數字圖,使它橫的每行相加、豎的每列相加以及對角線相加,其和都等于15(參見圖1-9-2)。我們知道,縱橫圖就是今天所說的“幻方”,一般地,是指把從1到十的自然數排成縱橫各有m個數,并且使同行、同列及同一對角線上的n個數的和都相等的一種方陣,其中涉及的是組合數學的問題。而前面所說的“洛書”,就是我國最早的一個三階幻方。
圖1-9-1 河圖洛書
圖1-9-2 縱橫圖
長期以來,縱橫圖一直被看作是一種數字游戲。一直到南宋時期的數學家楊輝,才真正把它作為一個數學問題而加以深入的研究。楊輝在他的《續古摘奇算法》一書中,不僅搜集到了大量的各種類型的縱橫圖,而且對其中的部分縱橫圖還給出了如何構造的規則和方法,從而開創了這一組合數學研究的新領域。
楊輝給出的方形縱橫圖共有十三幅,它們是:洛書數(三階幻方)一幅,四四圖(四階幻方)兩幅,五五圖(五階幻方)兩幅,六六圖(六階幻方)兩幅,七七圖(七階幻方)兩幅,六十四圖(八階幻方)兩幅,九九圖(九階幻方)一幅,百子圖(十階幻方)一幅(參見圖1-9-3)。其中還給出了“洛書數”和“四四陰圖”的構造方法。如“洛書數”的構造方法為:“九子斜排,上下對易,左右相更,四維挺出”。(參見圖1-9-4)
圖 1-9-3 百子圖
圖1-9-4 洛書圖
除了以上這些方形的縱橫圖外,楊輝書中還有一些其他形狀的數圖,如“聚五圖”(見圖1-9-5)/聚六圖”/聚八圖”/攢九圖”/八陣圖”/連環圖”等等。這些都屬于縱橫圖的衍化發展,它們精妙絕倫,耐人尋味,給后世數學家以極大的啟發。以后明代數學家程大位、王文素,清代數學家方中通、張潮、保其壽等在這個基礎上進一步發展,又創作了“瓜瓞圖”。“立方圖”(見圖1-9-6)!皽喨菆D”/六道渾天圖”等等,使中國古代的組合數學研究具有了豐富的內容和獨特的風格。
圖1-9-5 聚五圖
圖1-9-6 立方圖
縱橫圖在古代主要屬于數學游戲,但現在已經在許多實際問題上得到了應用。目前,國際上有不少科學家正在絞盡腦汁研究它的規律。有的科學家甚至設想,如果我們的宇宙飛船飛到了一個有高級智慧生物存在的星球上,用縱橫圖那樣的數學語言,也許可以作為媒介,溝通相互之間的思想呢。
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