■魔方陣の魔法(その2)

 奇数次の魔方陣について,(その1)とは別の作り方をしてみよう.

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  [1,2,3] [1,2,3] [11,22,33]

  [3,1,2]+[2,3,1]=[32,13,21]

  [2,3,1] [3,1,2] [23,31,12]

は3次のラテン方陣を組み合わせて,グレコ・ラテン方陣にしたものである.

 これを3進法で表したものが3次の魔方陣に対応している.わかりやすいようにでてきた数のすべてから1をひいた後,3進法を10進法に直して1をたすと

  [00,11,22] [0,4,8] [1,5,9]

  [21,02,10]→[7,2,3]→[8,3,4]

  [12,20,01] [5,6,1] [6,7,2]

となり,これで縦の並びも横の並びもその和はすべて15となっている.しかし,対角線の和は15になっていないからこれでは魔方陣とはいえない.

  [00,11,22]

  [21,02,10]

  [12,20,01]

は0から2までの数字を使っている3進法の表である.第1行は00,11,22と並べる.次の行では1位が0→1,1→2,2→0とずらす.5位では0→2,1→0,2→1とずらす.第3行も同じようにずらしたものである.

 このようにして与えられた方陣について,2つの行,2つの列を入れ替えたりしても行和・列和に変化はないが,対角線に並ぶn個の数の組合せは変化するから,入れ替えをうまく施すと魔方陣を作ることができる.たとえば,

  [4,9,2]

  [3,5,7]

  [8,1,6]

とすると,これで3次の魔方陣の出来上がりである.

 魔方陣は正方形上の数の配置であり,正方形をそれ自身に移す変換(合同変換)は8個ある.

  [4,9,2][8,3,4][6,1,8][2,7,6]

  [3,5,7][1,5,9][7,5,3][9,5,1]

  [8,1,6][6,7,2][2,9,4][4,3,8]

  [8,1,6][2,9,4][6,7,2][4,3,8]

  [3,5,7][7,5,3][1,5,9][9,5,1]

  [4,9,2][6,1,8][8,3,4][2,7,6]

しかし,3次の魔方陣の場合,本質的には中央の升目に5,4隅に偶数が配置されたものただひとつしかないことがわかる.

 ちなみに,合同変換に対して移り合うものを同じものとみなすと3次の魔方陣は1個,4次の魔方陣は880個,5次の魔方陣は約2.75×10^8個,6次の魔方陣は約1.77×10^19個あることが知られている.それにしてもこんなに多くの組合せ方があるとは驚きである.

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 5次の魔方陣では,0から4までの数字を使っている5進法の表になる.第1行は00,11,22,33,44と並べる.次の行では1位が0→1,1→2,2→3,3→4,4→0とずらす.5位では0→4,1→0,2→1,3→2,4→3とずらす.第3行以降も同じようにずらす.

  [00,11,22,33,44]

  [41,02,13,24,30]

  [32,43,04,10,21]

  [23,34,40,01,12]

  [14,20,31,42,03]

 この表を10進法に直すと

  [00,06,12,18,24]

  [21,02,08,14,15]

  [17,23,04,05,11]

  [13,19,20,01,07]

  [09,10,16,22,03]

となって,桂馬飛びのような(準)魔方陣ができあがる.

 7次でも(奇数次ならば)同様に作ることができるが,偶数時では(残念ながら)同じやり方では作れないのである.

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