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幻方有哪些应用前景

下面一篇文章转自百度知道,本来转载不应该像我样原文全部转载的,可是个人习惯,不喜欢我的文章只有半截,所以我就全部转载了,在这里和大家说一下子,现在你是想在本博客看完本文的话呢,就再往下看就行了,在这里就对百度说声对不起了,如果你想去百度知道里看呢,就点这里,我保证我转载的时候没有出错,内容完全一致。

一、幻方应用于哲理思想的研究。

在数学中,幻方蕴涵的哲理思想是最为丰富的。《易经》是一本哲学书,它几乎影响了国内外的各种哲学思想。而易学家们通过多方面研究发现,易学来源于河图洛书,而洛书就是三阶幻方。幻方的布局规律、构造原理蕴涵着一种概括天地万物的生存结构,是说明宇宙产生和发展的数学模型。拙文《四阶完美幻方的易理思想》、《五阶幻方与易数系统》,是对高阶幻方蕴含的哲理思想的进一步探讨,有兴趣的读者可 参阅《周易研究》1999年第1期和2000年第1期。

二、幻方应用于美术设计

幻方可大量应用于美术设计,西方建筑学家勃拉东发现幻方的对称性相当丰富,它采用幻方组成许多美丽的图案,他把图案中的那些方阵内的线条称为“魔线 ”,并应用于轻工业品、封面包装设计中,德国著名版画家A·度勒的作品《忧郁症》中,因有一个能指明制作年代的幻方而闻名于世,艺术美与理性美的和谐组合,往往成为流芳千古的佳作。关于“魔线”图,日本幻方专家阿部乐方也做过许多工作,我国河南安阳一位教师姬广忠,曾研究出各种魔线图,奉献给了中央工艺美术学院。北京丁宝训在《幻方专辑》登载了17幅“魔线图”,都十分漂亮。幻方中数学布局十分对称均衡,又有丰富的变化,因而将其数字按序联起来,可形成一幅幅奇特的“魔方阵构造图”,经彩色处理可获得十分漂亮的美术图案,这种图案在表现出多样的对称美的同时,又有幻方原理的理性规律,因此耐人寻味,堪称天斧之工。

三、幻方的美学价值。

数学是美的,幻方更美。幻方是数学按着一种规律布局成的一种体系,每个幻方不仅是一个智力成就,而且还是一个艺术佳品,都以整齐划一,均衡对称、和谐统一的特性,迸发出耀人的数学美的光辉,具有很高的美学价值。在数学美学当中,把幻方中的美学价值推为至上,由于数学中的各个内容均同数字有密切联系,因而幻方这种美的结构均可渗透在各种数学知识当中,显示出多样的妙趣来,使我们在幻方的欣赏中了解数学知 识的许多奥妙。

四、幻方的智力开发功能。

幻方由于比较简单,容易入门,很快能引起青少年的探讨兴趣。可以说幻方在智力开发方面已产生十分重要的作用。挖掘中国数学史,我们便会看到,趣味数学、计算工具、棋类游戏都与幻方有着内在的联系。在算法的历史上,先有九宫算,后有太乙算、算盘、电子计算机,在游戏的发展史上,最先有重排九宫,后有象棋、围棋、华容道游戏等。围棋盘是一个19阶方阵,象棋盘是一个八阶方阵(其将帅宫是一个三阶方阵),它们的走法原理均同幻方的布局原理相关。电脑上的“ 挖地雷”游戏,同九宫图密切相关。

近年来,我国幻方研究者应用幻方原理发明了许多智力开发游戏。辽宁刘志雄设计出一种 “集图双面幻方器”获铜牌奖,安徽王忠汉设计出一种有趣的“幻方棋”,湖南江亚晶设计了“幻方系列数字游戏机”,笔者也设计成功“九宫妙算棋”,具有九大功能,20多种游戏 方式,是小学生数学运算训练的极好园地。

五、幻方在数学教学中的影响。

幻方在数学教学中,具有提高学生学习兴趣、美化教材、启迪思维的功能。幻方中数字的丰富变化,把数学教材中的各个内容联系起来,如方程幻方、根式幻方、分数幻方、黑洞数幻方、积幻方、差幻方、平方幻方等,它们都可用在数学教学当中,使数学内容产生魅力。图1是一个五阶完美幻方,当初一学生学习了有理数的加减运算后,将这个数字图交给学生探讨,学生就会以强烈的兴趣进行各方面的学习活动的,他们会发现形如“十、一、×、/”所含五数和均为0,图1中带 “△”的6数之和,一定等于带“○”中的数,这种普遍的规律,在幻方图中处处呈现,学生在这种趣味活动中得到了有理数运算的训练。当今的《奥林匹克数学》书中,幻方是一个重要内容。

六、幻方对科学的启迪。

河图可看成是二阶幻方模型,洛书是三阶幻方,由于它们流传甚广,从古到今给人们许多科学的启迪。例如,爱因斯坦的《相对论》,运用了11个公式推算时空相对增减元数,而河洛数对他很有启发。美籍华裔学者焦蔚芳,曾写有洛书矩阵、洛书几何、洛书空间方面的书,对数学的发展起了促进的作用。河南傅熙如运用洛书研究哥德巴赫猜想。我们知道电脑的产生基于自动控制理论,而美国自动控制论的发明人是通过研究中国的“三三迷宫图”(三阶幻方的联线图)突发奇想,做出一系列控制理论的。从这里的资料可看出,现在风靡世界的电脑,挖根寻源竟然跑到了幻方领域里去了。幻方因具有一种自然的属性,虽是数字关系,但往往抽象概括性特强,当人们反复深思以后,就有可能对某个科学理论激发出灵感来,从而推动其发展。在中国的传统文化中,我们能够看到洛书运用于军事、中医、天文、气象、气功等领域的大量资料,说明幻方与各种学科的密切关系是不可忽视 的。

七、幻方应用于科学技术之中。

幻方已应用于“建路”、“爵当曲线”、“七座桥”等的位置解析学及组合解析学中。幻方引出了拉普拉斯的导引系数和哥斯定理、格里定理、斯笃克定理,还引出了普生、布鲁汀两氏的电子方程式。幻方还引出了桑南的自动控制论,从而促成了电子计算机的诞生,电脑有三个来源,即二进制(八卦)、算盘和幻方。电子科学已把幻方的排列路线看成是一理想的电子回路网图形,我们从台湾黎凯旋的《易数浅谈》中可以看到,从日本学习飞机知识的台湾驾驶员,第一堂课上的就是幻方知识课,因为幻方的构造原理与飞机上的电子回路设置密切相关。台湾电机专家吴隆生创造了64阶方阵仪可用于计算机、测量仪、通讯交换仪以及水电、火力、航空等的管制系统,已获得专利。海上漂浮建筑,首先要解决的问题,就是要将建筑面分割成方阵格,每格的建筑重量的确定,需要象构造幻方一样巧妙布局,因为只要各线各方向上的重量处处均衡才不致于倾斜。陕西省政协田健先生写成一书,正在应用幻方研究中医理论,他从幻方的数字结构研究人体病因的数字特征,以及中药的配置。他的研究工作引起了许多医易学家的关注。笔者应用十阶幻方的构造原理研究“505神功元气袋”的中医理论,取得了一定的成果。四川刘辑熙曾为玩具厂、手帕厂、制球厂、制伞厂、瓷厂设计了幻方文化产品,江苏许仲义有“幻方地毯”的设计。北京高学峰有“幻方布”及“幻阵治病”的多项专利。

八、幻方在前沿科学中的作用。

这里想着重介绍一下,北方工业大学副校长,博士生导师齐东旭教授的研究成果,他的书《分形及其计算机生成》中,其中有一节“矩阵的 kronecker乘积与幻方”,论述了幻方已从被认为仅仅是“奇怪的现象”而逐渐开发了它的应用。如果将 m阶幻方A、n阶幻方B作为矩阵,那么Kronecker乘积AB也是一个幻方。如果在计算机屏幕上设定m×n个正方形,每个正方形的灰度依序对应m× n矩阵A的元素数值,对应于aij的方块,每分割它为P×q个小正方形,按aij*B的数值对它着色,这一过程继续下去,可以想象,由幻方得到的无穷嵌套的结构具有自相似性(外观的或内在的),可看作是一种全息对应结构。因幻方是一种特殊的数值矩阵,齐东旭教授发现,以幻方为控制网数据矩阵而生成的 Bezier -Bernstein曲面,具有单向积分不变的特性,而其他熟知的逼近方式,如B样条插值或磨光、lagrange插值等,皆不具备这一性质。

齐东旭教授与他的博士研究生丁玮合写文章《数字图像变换及信息隐藏与伪装技术》发表在计算机学报上。本文提出“按幻方的图像置乱变换”的技术,它可以将需保密的图像置乱后,再按幻方的原理复原,这种置乱变换还可以进行多次。笔者认为幻方的分类、计数及构造程序和变换,均可用在信息隐藏技术中,应用前景将十分广阔。

笔者近来阅读了计算机网络系统,网络拓朴结构共有五种,它们各有优缺点,但当我们思考五阶完美幻方的结构后,五种网络结构可融为一体,有可能成为最完美的网络体系结构,而且它有些象我们人体中的“五行体系”(中医名词)。山东吴硕辛的α (q, A)理论,与电脑的基本原理十分接近,这套从幻方中派生的理论,必定会在电脑中找到应用的前景的。甘肃黄均迪应用二进制理论研究幻方,它将幻方分解成若干幅图块,这些图块都是由黑白两色构成,并具有和谐均衡性,这些黑白图块肯定可以用在电脑技术中去,希望大家去研究开发。

随着电子计算机的进一步发展,幻方在人功智能、图论、对策论、实验设计、工艺 美术、电 子回路原理、位置解析学等方面有着更加广泛的应用。我们可以这样说,幻方在古老的过去 ,对人类的文明做出了重大的贡献,而在信息时代的今天,它也必将有一个广阔的应用前景 。

不许通分

杭州市某小学曾举行过一次“数学竞赛”,其中有这样一道题,即计算:

1/2 + 1/6 + 1/12 + 1/20 + 1/30 + 1/42 + 1/56 + 1/72 + 1/90.

但是不准通分,并且要求在三分钟内完成计算。据说当时参加比赛的很多小学生都做出来了。

这种题目如果按平常的方法来做也不难,只是计算量大了一点儿,可是详细想想,就不难发现:

1/2 = 1 - 1/2

1/6 = 1/2*3 = 1/2 - 1/3

1/12 = 1/3*4 = 1/3 - 1/4

……

1/90 = 1/9 - 1/10

所以

1/2 + 1/6 + 1/12 + 1/20 + 1/30 + 1/42 + 1/56 + 1/72 + 1/90

=(1 - 1/2)+( 1/2 - 1/3)+(1/3 - 1/4)……+(1/9 - 1/10)

=1-1/10

=9/10。

立体的七巧板

七巧板是我国古代劳动人民的创作,有人叫它智慧板。它是用一块正方形的木板或厚纸裁成七块而制成的。用这七块板可以拼成各种形状。清代有一位名叫王其沅的人,编了一本《七巧八分图》,全书共有八册,载了七巧板所拼成的图形与文字达几百幅之多,有日用器具、动植物、人事、风景等,内容非常丰富。外国人把七巧板称做“唐图”,据说是在唐朝时传到欧洲去的(但也有人反对这种说法,认为 “唐”不过是代表中国的意思),现在毫无疑问,在世界各个角落里,七巧板仍在吸引着无数的业余爱好者。

但是,我国民间还有一种与七巧板相类似的东西,它实际上是七巧板在三维空间的推广,知道它的人就比较少了。如下图所示,它一共也有七块。要制造它是一点不难的,只要利用小孩子玩的现成积木,用脱水照下图中的式样粘接起来,晾干后即可应用。

你可以尝试一下,把七专人东西拼成一个3×3×3的立方体,拼法是很多的,这里就不详细写出来了。但是对于初学者来说,一时倒也不容易下手,可以说是一种培养空间想象力的有益练习了。

熟练之后,请你尝试着去拼下图中的六个图形。每一个图形都有27个小立方体,它们全者是由同一套七块构件拼搭起来的。

这个游戏不知道由何人在何时传入欧洲。后来在北欧斯堪的那维亚半岛国家相当流行。他们用塑料或者有机玻璃制成玩具,涂上各种鲜艳的颜色,摆在一只方盒子里,可以随时拿出来玩。

用这七块构件能拼出许多图形,可以同七巧板相媲美。

识别夫妻

三对夫妻到市场上去买猪,他们都是荷兰人。三个男人名叫亨利、爱利和康纳利,三个女人的名字是白露、安娜和凯瑟琳。每人所购的猪数都等于他们给付猪钱(猪的价值是不一样的),猪的价格都是以整元计算,没有零头数。

每一个男人正好比他的老婆多用去63元,并且已知亨利比凯瑟琳多买了23头猪,爱利比白露多买了11头。请问:谁和谁是夫妻?

How-To?

根据题目上一句重要的话:“每个所购的猪数等于他或她为每头猪付出的钱数”,可见每人所支付的钱数必定是个完全平方数。

设用M华表某个男人所购的猪数,W代表女人所购猪数,由于每个男从都比他老婆多付出63元,所以可表出方程:

M^2 - W^2 = 63。

把左边分解因子,得到( M + W )( M - W ),再把右边的63分解为质因数的连乘积,这只可能有三种分解法,即 63 x 1,或 21 x 3,或 9 x 7。

于是就得到三个可能的方程组,即:

M + W = 63 ; M - W = 1,其解为:M = 32,W = 31。

M + W = 21 ; M - W = 3,其解为:M = 12,W = 9。

M + W = 9 ; M - W = 7,其解为:M = 8,W = 1。

由于亨利要比凯琳多买23头猪,可是12与8都比差数23小,故然亨利就是买32头猪的那个男人,从而凯瑟琳就是买9头猪的那个女人。

又由于爱利要比白露多买11头猪,因此他一定是买12头猪的那个男人,而白露是买1头猪的那个女人。

这样一来,留下来的人就没有什么选择余地了,只有一种可能性:康纳利买的猪一定是8头,而安娜买的猪是31头。

由于上面已经通过方程组指明了配偶关系:

( 32 , 31),( 12 , 9),(8 , 1 )。

所以三对夫妻是:

亨利—安娜;爱利—凯瑟琳;康纳利—白露。

识别假币

今有1000枚硬币,其中可能有0,1或2枚假币。已知假币的重量彼此相同,但与真币不同。试问,能否使用一架没有砝码的天平称3次,即确定出来其中有无假币,以及他们与真币究竟谁轻谁重(不需确定出假币的个数)?

解 将硬币分为两组,每组500个,并比较他们的重量(作第一次称量)。可能有两种情况:

情况A:其中一端较重,不妨设为左端。这表明有假币存在(他们可能有1个或2个),且所有假币都位于同一端(如果他们在两端各有1个,则天平仍应平衡).此时再将重的一端的硬币分为两组,每组250个,并比较他们的质量(作第二次称量)。如果其中一端较重,则可知假币就在这500个硬币之中,且较真币为重,这次已不需再作第三次称量。如果两端平衡,则或者假币在另外500个硬币之中(且知较真币为轻),或者他们被分在两端,在两端250个硬币中各有 1个。为了弄清楚究竟是哪一种情况,就再把其中一组250个硬币平均分为两组,并比较他们的质量(作第三次称量)。如果两端平衡,则为前一种情况,否则即为后一种情况。

情况B:在第一次称量时,天平两端平衡,这意味着假币可能有0个或2个(两端各有1个)。再将其中一组分为两组,每组250个硬币(作第二次称量)。如果天平再度平衡,则表明在天平上共有偶数个假币,但事实上此时假币的数目不超过1个,因此表明根本没有假币。如果有一端较重,则表明假币共有两个,且其中1个就在天平的一端中。再将较重的一端分为两半,作第三次称量,即已容易再度假币究竟在那一个。

取火柴游戏

有一堆火柴共1千万根,两人进行如下游戏:他们轮流执步,在每一步中,游戏者可从堆中取走p^n根火柴,其中p为质数,n=0,1,2,3……(例如,每一人取走25根火柴,第二人取8根火柴,第一人再取1根,第二人再取5根,第一人再取49根,如此等等),谁取到最后一根火柴,谁即为胜者。试问,在正确的游戏中,谁将取胜?

解:在正确的玩法下,第一人将取胜。由于他在每次执步中,可以取起1,2,3,4或5根火柴,所以他可以执行这样的策略:即不论第二个人如何动作,他都应在自己执步之后,给对方留下能被6整除的火柴数目。这样,在经过有限次执步之后,他次给第二人留下6根火柴。因而在第二人动作之后,他即可限走所有剩余的火柴而结束游戏。

自己的QQ群里看到的两个问题

问题一:有3个人去投宿,一晚30元,三个人每人掏了10元凑够30元交给了老板,后来老板说今天优惠只要25 元就够了,拿出5元命令服务生退还给他们,服务生偷偷藏起了2元,然后,把剩下的3元钱分给了那三个人,每人分到1元。这样,一开始每人掏了10元,现在又退回1元,也就是10-1=9,每人只花了9元钱。3个人每人9元,3 * 9 = 27 元 + 服务生藏起的2元=29元,还有一元钱去了那里?

其实这个问题应该是这么考虑的,首先每个人出了十元钱,所以老板一共拿到了30元钱,而当老板退了5元后,老板就只拿到了25元钱,这时服务员手上就有5元钱,总数还是30元。当服务员给每一个人1元钱后,那么服务员就有2元,而三人每人一元一起就是2元+3*1元+25元=30元。所以钱变还是没有少,而每人出了9元,所以一起出了27元,老板25元,服务员2元。

而对于上面的问题:

3个人每人9元,3 * 9 = 27 元 + 服务生藏起的2元=29元,还有一元钱去了那里?

这里有一个错误之处就在于,服务生的2元钱已经包含于那个27元中了,如果按问题中的算法,那么不应该是少了一元钱,而应该是27+2+3=32元钱,而是多出了2元钱。

问题二:127、415、541、244、334、614、721、___???数字找规律,请问第八组是哪三位数?

不知道有什么规律……

寻找真理的蟑螂

有一只聪明的蟑螂决定要去寻找真理,它的视野不超过1cm。真理位于一个同其距离Dcm的点上。蟑螂可以迈步,每步之长不大于1cm,每步之后,都会有人告诉它,究竟是离真理近了还是远了。蟑螂能够记住一切,包括自己所迈过的步子的方向。证明,它只需迈出不多于3D/2+7步,即可找到真理。

解:蟑螂可先试探性地向东、南、西、北迈出1步(每次迈出后回到原地再迈下1步),于是不超出7步,蟑螂就可以查明,“真理”位于四个正方形中的哪一个,然后,再沿着平行于这个正方形的方向走,所走的步子不超过D (2)^(1/2)<3D/2,即可找到真理。

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