Magické čtverce. Tomáš Roskovec. Úvod



Podobné dokumenty
Algoritmus pro generování normálních magických čtverců

Magické čtverce. Bára Kociánová

Booklet soutěže družstev

20 b. 45 b. 25 b. 20 b. Kolo J Klasické S. 9. Klasické R. 8. Klasické Č. 7. Klasické M. 5 b. 10 b. 5 b. 5 b. 3. Klasické

Nápovědy k numerickému myšlení TSP MU

8. MČR v řešení sudoku, Brno, Přehled úloh

63. ročník Matematické olympiády 2013/2014

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

CVIČNÝ TEST 41. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 7 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Matematická olympiáda ročník (1998/1999) Komentáře k úlohám druhého kola pro kategorie Z5 až Z7. Zadání úloh Z5 II 1

Výroková logika II. Negace. Již víme, že negace je změna pravdivostní hodnoty výroku (0 1; 1 0).

Vánoční turnaj GP Praha 2012

Programování I. Martin Pergel,

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

0.1 Úvod do lineární algebry

Studijní program Informatika, bakalářské studium. 2015, varianta A

Pokrytí šachovnice I

0.1 Úvod do lineární algebry

Základy popisné statistiky

[1] Determinant. det A = 0 pro singulární matici, det A 0 pro regulární matici

Aplikovaná numerická matematika - ANM

Karnaughovy mapy. Pravdivostní tabulka pro tři vstupní proměnné by mohla vypadat například takto:

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

19. Druhý rozklad lineární transformace

CVIČNÝ TEST 37. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 5 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

Úlohy krajského kola kategorie C

Jak definovat pravidlo pro více buněk naráz

Intervalové stromy. Představme si, že máme posloupnost celých čísel p 0, p 1,... p N 1, se kterou budeme. 1. Změna jednoho čísla v posloupnosti.

[1] LU rozklad A = L U

I. kolo kategorie Z6

Programování I. Martin Pergel, 10. října Martin Pergel, Programování I

Šablona klíčové aktivity III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

LATINSKÉ ČTVERCE předložil LEONHARD EULER ( ) petrohradské akademii proslulou úlohu o 36 důstojnících:

Neuronové sítě Minimalizace disjunktivní normální formy

Kolo 1. Mistrovství akademiků v řešení sudoku HALAS. Hráčská asociace logických her a sudoku

Cvičení 5 - Inverzní matice

3. podzimní série. ... {z }

Slovo ALGEBRA pochází z arabského al-jabr, což znamená nahrazení. Toto slovo se objevilo v názvu knihy

JAK DEFINOVAT PRAVIDLO PRO VÍCE BUNĚK NARÁZ

Dělitelnost přirozených čísel. Násobek a dělitel

A B C D E 2 F G H I J 3 K L M N O 4 P Q R S T 5 U/V W X Y Z

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie B

Determinanty. Determinanty. Přednáška MATEMATIKA č. 3. Jiří Neubauer

CVIČNÝ TEST 15. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Množinu všech matic typu m n nad tělesem T budeme označovat M m n (T ), množinu všech čtvercových matic stupně n nad T pak M n (T ).

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

D 11 D D n1. D 12 D D n2. D 1n D 2n... D nn

CVIČNÝ TEST 48. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

II. kolo kategorie Z9

Numerické metody zpracování výsledků

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Zadání: Lucka si vzala 20 kuliček a na každou z nich napsala nezáporné celé číslo. Z těchto kuliček

2. ZÁKLADY MATICOVÉ ALGEGRY 2.1. ZÁKLADNÍ POJMY

1.4.6 Negace složených výroků I

II. Úlohy na vložené cykly a podprogramy

Tento seminář pro Vás připravuje vzdělávací agentura. Kurzy-Fido.cz. ...s námi TSP zvládnete!

(A) o 4,25 km (B) o 42,5 dm (C) o 42,5 m (D) o 425 m

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. Dělitelnost Rozklad na součin prvočísel. Dušan Astaloš

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

63. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie B. 1. Odečtením druhé rovnice od první a třetí od druhé dostaneme dvě rovnice

Střední škola informačních technologií a sociální péče, Brno, Purkyňova 97. Vybrané části Excelu. Ing. Petr Adamec

Třídy složitosti P a NP, NP-úplnost

Ludolfovo číslo přepočítá z diskrétního do Euklidova prostoru - 1

1 Vektorové prostory.

Otázky neopisuj, piš odpověď!

Základy elementární teorie čísel

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

Základy matematické analýzy

Maticové operace projekt č. 3

Paradoxy nekonečna. Co analyzuje Matematická analýza? Nekonečné procesy. n(n + 1) + = n 2 + = π2 6

Matematika I 2a Konečná pravděpodobnost

0,2 0,20 0, Desetinná čísla II. Předpoklady:

a vlastních vektorů Příklad: Stanovte taková čísla λ, pro která má homogenní soustava Av = λv nenulové (A λ i I) v = 0.

Dělitelnost čísel, nejmenší společný násobek, největší společný dělitel

CVIČNÝ TEST 51. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

1.1.8 Sčítání přirozených čísel

- příkaz pohybující želvou zpět a o kolik. vlevo 45 vl 45 libovolně zadáme) směrem doleva. Na obrázku jsme pro

pro bakalářské studijní programy fyzika, informatika a matematika 2018, varianta A

(Počátek O zvolte 8 cm zleva a 19 cm zdola; pomocný půdorys vysuňte o 7 cm dolů.) x 2

Univerzitní licence MATLABu. Pište mail na: se žádostí o nejnovější licenci MATLABu.

4. Trojúhelníkový rozklad p. 1/20

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Základy matematiky pro FEK

Cílem této kapitoly je uvedení pojmu matice a jejich speciálních typů. Čtenář se seznámí se základními vlastnostmi matic a s operacemi s maticemi

Operace s maticemi

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Čtvercové puzzle úloha za 2 body

e-vzorník č. 3 (vzory č ) e-vzorník č. 3

Operační výzkum. Přiřazovací problém.

Teorie informace a kódování (KMI/TIK) Reed-Mullerovy kódy

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

AVDAT Vektory a matice

Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu MatemaTech Matematickou cestou k technice. Výpočet povrchu, objemu a hmotnosti kovových rour

Algebra - druhý díl. Lenka Zalabová. zima Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita

8 Přednáška z

Prvočíslo a Ulamova spirála

Transkript:

Magické čtverce Tomáš Roskovec Úvod Magické čtverce patří k dávným matematickým hrátkám, které i přes dvoutisíciletou historii dodnes nejsou zcela prozkoumány. Během přednášky se budeme zabývat nejprve výskytem magických čtverců v historii a později i jejich matematickou stránkou. Pro začátek si zadefinujeme základní pojmy přednášky. Definice. Magický čtverec je čtvercová tabulka čísel, která má v každém řádku, sloupci i na obou diagonálách členy se stejným součtem. Obvykle se každé číslo smí vyskytovat v tabulce pouze jednou. 23 28 2 22 26 27 20 25 Definice. Normální magický čtverec je magický čtverec, jehož členy jsou přirozenáčíslaoddo n 2. 7 2 4 2 3 8 6 3 0 5 9 6 5 4 Historie magie ve čtverci První písemnou zmínku nalézáme v Číně, kde byla v letech 650 př.n.l sepsána legenda o Lo Shu. Podle tohoto starého čínského příběhu se magický čtverec objevil nazemitak,žezaobrovsképotopyobjevilcísařyuželvu,kterémělanazádech vzor Jak jste jistě uhodli, šlo o želvu magickou, protože se jedná o normální magický čtverecostraně3.loshučtverecjezajímavýmimojinétím,žekterýkolimagický čtverecostraně3lzevytvořitzloshupomocízrcadleníarotace. Kromě této legendy nacházíme mnoho magických čtverců z kamene a z kovu v podobě amuletů používaných ve starém Egyptě, Indii i Číně. Pro všechny tyto civilizace měly čtverce pravděpodobně spíše numerologický a astrologický význam. 4

Oldřichov 09 PozdějiseobjevilyivPersiiatakémeziAraby,odkudsekonečnědostávajído Evropy. Vynalézaví Arabové již dokázali zkonstruovat čtverce o straně 5 a 6. První písemný záznam o magických čtvercích v Evropě pochází z roku 300 od Řeka Manuela Maschopula. V roce 450 pak Ital Luca Pacioli shromažďuje ve své práci mnoho příkladů těchto útvarů. Vrcholnou prací magického pojetí tohoto tématu publikuje v roce 50 Heinrich Cornelius Agrippa. Jeho Okultní filozofie se rychle rozšířila po celé Evropě. Přiřadil magické čtverce jednotlivým planetám a popsal jejich užití v přivolávání ďáblů a andělů. Pro příklad uvedu čtverce Saturnu, Jupiteru a Marsu. 4 4 5 9 7 6 2 5 0 8 6 2 3 3 24 7 20 3 4 2 25 8 6 7 5 3 2 9 0 8 2 23 6 9 2 5 Kromě těchto opravdových čtverců odpovídajících naší definici se samozřejmě objevuje řada dalších podobných útvarů, někdy například vyplněných písmeny nebo porušujících některá pravidla. Velmi zajímavý pohled nám nabízí čtverec Albrechta Dürera, který se v roce 54 objevil v jeho rytině Melancholie. Zkuste objevit další magické vlastnosti této tabulky: 6 3 2 3 5 0 8 9 6 7 2 4 5 4 Metody konstrukce Existuje mnoho metod konstrukce magických čtverců, zde uvedu pouze ty nejjednodušší. Magický čtverec o straně n lze zkonstruovat pro každé n kromě případu n=2.projiná nrozlišímetřipřípady, nliché, ndělitelné4, nnedělitelné4sudé. Konstrukce pro n lichá Umístíme jedničku na prostřední políčko první řádky. Pak postupujeme vždy diagonálně vpravo nahoru, dokud nenarazíme na obsazené políčko. V takovém případě postoupíme o jedno pole dolů a opět stoupáme po diagonále, dokud nezaplníme celý čtverec. 42

Tomáš Roskovec: Magické čtverce 2 3 2 3 3 5 6 3 5 6 Konstrukce pro n dělitelná 4 Nejprve očíslujeme všechna pole čtverce po řádcích zleva doprava, takže v políčku vlevonahořebude,vpolíčkuvpravonahoře n,vlevodole n 2 n+avpravo dole n 2.Paksirozdělímetabulkunačtverceostraně4.Vnichsizvýraznímeobě diagonály. Nyní můžeme spárovat neoznačená políčka tak, že spojíme-li středy políček úsečkou, pak se střed této úsečky bude shodovat se středem celé tabulky. Prohodíme-li čísla v každém takovém páru, dostaneme hledaný normální magický čtverec. 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3 32 33 34 35 36 37 38 39 40 4 42 43 44 45 46 47 48 49 50 5 52 53 54 55 56 57 58 59 60 6 62 63 64 63 62 4 5 59 58 8 56 0 53 52 4 5 49 48 8 9 45 42 23 4 25 39 38 28 29 35 34 32 33 3 30 36 37 27 26 40 24 42 43 2 20 46 47 7 6 50 5 3 2 54 55 9 57 7 6 60 6 3 2 64 43

Oldřichov 09 Konstrukce pro sudá n nedělitelná 4 Teď nás čeká nejsložitější úkol. Pro začátek si čtverec rozdělíme na malé čtverečky ostraně2.paksipodlealgoritmuprokonstrukcičtverceslichým nčtverečky očíslujemeaž n 2.Dočtverečkučíslo ksepokusímevepsatčísla4k 3,4k 2,4k, 4k tak, abychom dostali magický čtverec. Použijeme k tomu takzvanou LUX metodu. Čtverečky v prostřední řadě a nad ní označíme písmenem L, čtverečky v řadě pod prostřední U a zbytek X. Nakonec prohodíme označení prostředního čtverečku s tím pod ním. Podle obrázku pak doplníme čtveřice čísel v pořadí příslušejícím k danému písmenku. L 4 2 3 U 4 2 3 X 4 3 2 Takto budou rozloženy čtverečky o straně 2 ve velkém čtverci: L L L L L L L L L L L L U L L U U L U U X X X X X Dodatek o množství Není těžké si domyslet, že počet různých magických čtverců při zvětšení strany rychle poroste. Počty jednotlivých čtverců, kde za různé považuji čtverce, které nelze ztotožnit rotací nebo zrcadlením, jsou pro jednotlivé strany: 2 3 4 5 0 880 275305224 Početčtvercůostraně6jeodhadovándokoncena,8 0 7. Další útvary čtvercového ražení Kromě těchto základních pojmů si lze zadefinovat ještě velké množství obdobných útvarů, které sice nemají tak bohatou historii, ale nabízejí mnoho dalších problémků a hříček. Definice. Heteročtverec je čtvercová tabulka, jejíž členy jsou přirozená čísla od do n 2.Součtyčlenůvkaždémsloupci,vkaždéřádceinaoboudiagonáláchjsou po dvou různé. 44

Tomáš Roskovec: Magické čtverce 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 Dokázali byste zkonstruovat heteročtverec lichého řádu velikosti 5? Zkuste vymyslet algoritmus pro obecný lichý řád. Definice. Antimagický čtverec je heteročtverec, pro který lze součty členů v každém sloupci, v každé řádce a na obou diagonálách seřadit do aritmetické posloupnostiskrokem. 5 2 2 4 4 0 5 8 9 3 6 3 6 7 Dodnes není vyřešeno, zda lze tyto čtverce zkonstruovat pro každé n > 3, ale víme, že pro a 2 žádný způsob neexistuje. Neexistenci antimagického čtverce řádu 3 se zatím podařilo dokázat jen pomocí programu na rozbor možností. Definice. Panmagický čtverec je normovaný magický čtverec, který má součty na všech diagonálách stejné. Poznámka. V této definici bereme za diagonály všechny úhlopříčné posloupnosti polí délky n, přípustné jsou i vedoucí přes okraj tabulky. 5 24 8 7 23 7 6 5 4 20 4 3 22 6 2 2 0 9 3 9 8 2 25 Literatura http://mathworld.wolfram.com/magicsquare.html http://en.wikipedia.org/wiki/magic square http://www.gaspalou.fr/magic-squares/results.htm 45