Comment résoudre un carré magique?

Un carré magique est un arrangement de nombres dans un carré de telle sorte que la somme de chaque ligne, colonne et diagonale soit un nombre constant, ce qu'on appelle la «constante magique».

Les carrés magiques ont gagné en popularité avec l'avènement des jeux basés sur les mathématiques comme le Sudoku. Un carré magique est un arrangement de nombres dans un carré de telle sorte que la somme de chaque ligne, colonne et diagonale soit un nombre constant, ce qu'on appelle la «constante magique». Cet article vous expliquera comment résoudre tout type de carré magique, qu'il soit impair, pair simple ou doublement pair.

Méthode 1 sur 3: résoudre un carré magique impair

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Calculer la constante magique. Vous pouvez trouver ce nombre en utilisant une formule mathématique simple, où n = le nombre de lignes ou de colonnes de votre carré magique. Ainsi, par exemple, dans un carré magique 3x3, n = 3. La constante magique = n[(n^2+1)/2]. Ainsi, dans l'exemple du carré 3x3:
- somme = 3 * [(9 + 1) / 2]
- somme = 3 * (10 / 2)
- somme = 3 * (5)
- somme = 15
- La constante magique pour un carré 3x3 est 15.
- Toutes les lignes, colonnes et diagonales doivent correspondre à ce nombre.
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Placez le chiffre 1 dans la case centrale de la rangée du haut. C'est toujours là où vous commencez lorsque votre carré magique a des côtés impairs, quelle que soit la grande ou petite que le nombre est. Donc, si vous avez un carré 3x3, placez le numéro 1 dans la case 2; dans un carré de 15x15, placez le chiffre 1 dans la case 8.
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Complétez les nombres restants en utilisant un modèle en haut, un à droite. Vous remplirez toujours les nombres de manière séquentielle (1, 2, 3, 4, etc.) en remontant d'une ligne, puis d'une colonne vers la droite. Vous remarquerez immédiatement que pour placer le numéro 2, vous déplacer au- dessus de la ligne supérieure, de la place de la magie. Ce n'est pas grave - bien que vous travailliez toujours de cette manière, il y a trois exceptions qui ont également des règles prévisibles et prévisibles:
- Si le mouvement vous amène à une "boîte" au-dessus de la rangée supérieure du carré magique, restez dans la colonne de cette case, mais placez le nombre dans la rangée inférieure de cette colonne.
- Si le mouvement vous amène à une "boîte" à droite de la colonne de droite du carré magique, restez dans la rangée de cette case, mais placez le numéro dans la colonne la plus à gauche de cette rangée.
- Si le mouvement vous amène à une case déjà occupée, revenez à la dernière case qui a été remplie et placez le numéro suivant directement en dessous.

Comment résoudre un carré magique 4x4 lorsque la rangée du haut est déjà remplie pour moi?

Méthode 2 sur 3: résoudre un carré magique pair unique

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Comprenez ce qu'est un carré unique. Tout le monde sait qu'un nombre pair est divisible par 2, mais dans les carrés magiques, il existe différentes méthodologies pour résoudre des carrés simples et doubles pairs.
- Un carré individuellement pair a un nombre de cases par côté qui est divisible par 2, mais pas par 4.
- Le plus petit carré magique unique possible est 6x6, car les carrés magiques 2x2 ne peuvent pas être créés.
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Calculer la constante magique. Utilisez la même méthode que pour les carrés magiques impairs: la constante magique = [n * (n^2 + 1)] / 2, où n = le nombre de cases par côté. Donc, dans l'exemple d'un carré 6x6:
- somme = [6 * (62 + 1)] / 2
- somme = [6 * (36 + 1)] / 2
- somme = (6 * 37) / 2
- somme = 222 / 2
- La constante magique pour un carré 6x6 est 221, ou 111.
- Toutes les lignes, colonnes et diagonales doivent correspondre à ce nombre.
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Divisez le carré magique en quatre quadrants de taille égale. Étiquetez-les A (en haut à gauche), C (en haut à droite), D (en bas à gauche) et B (en bas à droite). Pour déterminer la taille de chaque carré, il suffit de diviser par deux le nombre de cases dans chaque ligne ou colonne.
- Ainsi, pour un carré de 6x6, chaque quadrant serait constitué de 3x3 cases.
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Attribuez à chaque quadrant une plage de nombres. Le quadrant A obtient pour le quart des nombres; Quadrant B le deuxième trimestre; Quadrant C le troisième quart et Quadrant D le dernier quart de la plage de nombres totale pour le carré magique 6x6.
- Dans l'exemple d'un carré 6x6, le quadrant A serait résolu avec les nombres de 1 à 9; Quadrant B avec 10-18; Quadrant C avec 19-27; et le quadrant D avec 28-36.
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Résoudre chaque quadrant en utilisant la méthodologie des carrés magiques impairs. Le quadrant A sera simple à remplir, car il commence par le chiffre 1, comme le font généralement les carrés magiques. Les quadrants BD, cependant, commenceront par des nombres étranges - 10, 19 et 28, respectivement, dans notre exemple.
- Traitez le premier nombre de chaque quadrant comme s'il s'agissait du numéro un. Placez-le dans la case centrale sur la rangée supérieure de chaque quadrant.
- Traitez chaque quadrant comme son propre carré magique. Même si une case est disponible dans un quadrant adjacent, ignorez-la et passez à la règle «exception» qui correspond à votre situation.
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Créez des surbrillances A et D. Si vous essayez d'additionner vos colonnes, lignes et diagonales dès maintenant, vous remarquerez qu'elles ne correspondent pas encore à votre constante magique. Vous devez échanger quelques cases entre les quadrants supérieur gauche et inférieur gauche pour terminer votre carré magique. Nous appellerons ces zones permutées Highlight A et Highlight D.
- À l'aide d'un crayon, marquez tous les carrés de la rangée du haut jusqu'à ce que vous lisiez la position médiane de la case du quadrant A. Ainsi, dans un carré 6x6, vous ne marqueriez que la case 1 (qui contiendrait le numéro 8), mais dans un Carré 10x10, vous marqueriez les cases 1 et 2 (qui contiendraient les numéros 17 et 24, respectivement).
- Marquez un carré en utilisant les cases que vous venez de marquer comme rangée du haut. Si vous n'avez coché qu'une seule case, votre carré n'est que cette case. Nous appellerons cette zone Highlight A-1.
- Ainsi, dans un carré magique 10x10, Highlight A-1 serait composé des cases 1 et 2 des rangées 1 et 2, créant un carré 2x2 en haut à gauche du quadrant.
- Dans la rangée située juste en dessous de Surligner A-1, sautez le numéro de la première colonne, puis cochez autant de cases que vous avez marqué dans Surligner A-1. Nous appellerons cette rangée du milieu Highlight A-2.
- Le point culminant A-3 est une case identique à A-1, mais placée dans le coin inférieur gauche du quadrant.
- Les faits saillants A-1, A-2 et A-3 forment ensemble le surlignage A.
- Répétez ce processus dans le quadrant D, en créant une zone en surbrillance identique appelée Highlight D.
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Swap met en évidence A et D. Il s'agit d'un échange un à un; soulevez et remplacez simplement les boîtes entre le quadrant A et le quadrant D sans changer leur ordre du tout. Une fois que vous avez fait cela, toutes les lignes, colonnes et diagonales de votre carré magique doivent correspondre à la constante magique que vous avez calculée.
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Faites un échange supplémentaire pour des carrés magiques simples même plus grands que 6x6. En plus de l'échange pour les quadrants A et D mentionné ci-dessus, vous devez également effectuer un échange pour les quadrants C et B. Mettez en surbrillance les colonnes du côté droit du carré vers la gauche de moins que le nombre de colonnes mises en surbrillance pour la surbrillance A- 1. Échangez les valeurs du quadrant C avec les valeurs du quadrant B pour ces colonnes, en utilisant la même méthode un-à-un.
- Voici deux images d'un carré magique 14x14 avant et après avoir effectué les deux échanges. La zone de permutation du quadrant A est surlignée en bleu, la zone de permutation du quadrant D est surlignée en vert, la zone de permutation du quadrant C est surlignée en jaune et la zone de permutation du quadrant B est surlignée en orange.
  - Carré magique 14x14 avant de faire des échanges (étapes 6, 7 et 8)
  - Carré magique 14x14 après avoir effectué des échanges (étapes 6, 7 et 8)

Marquez toutes les cases au centre du carré magique dans une zone carrée de longueur n/2, où n = la longueur d'un côté du carré magique entier.

Méthode 3 sur 3: résoudre un carré magique doublement pair

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Comprenez ce qu'est un carré doublement pair. Un carré simple pair a un nombre de cases par côté qui est divisible par 2. Un carré doublement pair a un nombre de cases par côté divisible par le double de - 4.
- La plus petite boîte doublement uniforme qui peut être faite est un carré 4x4.
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Calculer la constante magique. Utilisez la même méthode que pour les carrés magiques impairs ou pairs: la constante magique = [n * (n^2 + 1)] / 2, où n = le nombre de cases par côté. Donc, dans l'exemple d'un carré 4x4:
- somme = [4 * (4^2 + 1)] / 2
- somme = [4 * (16 + 1)] / 2
- somme = (4 * 17) / 2
- somme = 68 / 2
- La constante magique pour un carré 4x4 est 64, ou 34.
- Toutes les lignes, colonnes et diagonales doivent correspondre à ce nombre.
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Créez une annonce surlignée. Dans chaque coin du carré magique, marquez un mini-carré avec des côtés d'une longueur de n/4, où n = la longueur d'un côté du carré magique entier. Étiquetez-les surlignés A, B, C et D dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
- Dans un carré 4x4, vous marqueriez simplement les quatre cases d'angle.
- Dans un carré de 8x8, chaque point culminant serait une zone de 2x2 dans les coins.
- Dans un carré de 12x12, chaque Highlight serait une zone de 3x3 dans les coins, et ainsi de suite.
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Créez le point culminant central. Marquez toutes les cases au centre du carré magique dans une zone carrée de longueur n/2, où n = la longueur d'un côté du carré magique entier. Le point culminant central ne doit pas du tout chevaucher les points culminants AD, mais toucher chacun d'eux dans les coins.
- Dans un carré 4x4, le point culminant central serait une zone 2x2 au centre.
- Dans un carré 8x8, le point culminant central serait une zone 4x4 au centre, et ainsi de suite.
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Remplissez le carré magique, mais uniquement dans les zones en surbrillance. Commencez à remplir les numéros de votre carré magique de gauche à droite, mais n'écrivez le numéro que si la case tombe dans un point culminant. Ainsi, dans une case 4x4, vous rempliriez les cases suivantes:
- 1 dans la case en haut à gauche et 4 dans la case en haut à droite
- 6 et 7 dans les cases centrales de la rangée 2
- 10 et 11 dans les cases centrales de la rangée 3
- 13 dans la case en bas à gauche et 16 dans la case en bas à droite.
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Remplissez le reste du carré magique en comptant à rebours. L' est essentiellement l' inverse de l'étape précédente. Recommencez par la case en haut à gauche, mais cette fois, ignorez toutes les cases qui tombent dans la zone Surlignée et remplissez les cases non mises en surbrillance en comptant à rebours. Commencez par le plus grand nombre de votre plage de nombres. Ainsi, dans un carré magique 4x4, vous rempliriez les éléments suivants:
- 15 et 14 dans les cases centrales de la rangée 1
- 12 dans la case la plus à gauche et 9 dans la case la plus à droite de la rangée 2
- 8 dans la case la plus à gauche et 5 dans la case la plus à droite de la rangée 3
- 3 et 2 dans les cases centrales de la rangée 4
- À ce stade, toutes vos colonnes, lignes et diagonales devraient atteindre la constante magique que vous avez calculée.

Pour résoudre un carré magique avec les mêmes entiers négatifs et positifs, remplacez le problème que vous ne savez pas résoudre par un que vous savez résoudre.

Voici une image de la méthode appliquée à un carré magique 8x8:

Conseils

Essayez d'utiliser des variantes de ces étapes pour découvrir vos propres méthodes de résolution.
Pour résoudre un carré magique avec les mêmes entiers négatifs et positifs, remplacez le problème que vous ne savez pas résoudre par un que vous savez résoudre. En d'autres termes, remplacez les entiers par les n premiers entiers positifs, où n est le nombre d'entiers. Résolvez le carré, puis remplacez les nombres entiers par les nombres entiers d'origine dans le problème qui vous a été donné. Donc, si c'est un carré 3x3 avec des entiers de -4 à 4, transformez-le en un carré 3x3 régulier, résolvez-le et remplacez 1 dans la solution finale par -4, remplacez 2 par -3, remplacez 3 par -2, etc..

Choses dont vous aurez besoin

Crayon
Papier
La gomme

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