連續素幻方

連續素幻方 (Consecutive Prime Magic Square) ,即有連續素數 (Consecutive Primes) 組成的幻方 (Magic Square) 。大家不妨猜一猜一個三階連續素幻方值多少獎金,幻方是一個方陣,我們把指定的數字填寫上去使直、橫 (或對角線) 的數字加起來一樣。

答案是一百美元,屬多屬少,看看那幻方先吧!

故事是這樣的:在 1988年,美國人數學普及大師加納德 (Martin Gardner 1914- ) 在意大利羅馬設計並出版了張掛牆的年曆,年曆的主角不是名車、風景或美女,而是一幅關於「素數幻方」的畫,名為「1988年數學掛曆」。大家或會想這掛曆誰人會購買,我真不知到,但我想一些熱忱數學的朋友會吧!

所謂素數幻方是指一個三階 (縱橫 3 格) 的幻方,內填上的是連績素數。大家都知三階幻方已不是什麼新東西,連金庸的射鵰英雄傳中也借用過三階幻方,是在瑛姑考黃蓉一章,但那全不是用連績素數的。故加納德先生也許以為這素幻方也是易如反掌的找來便以一百元作來。

接著美國數學會出版了加納德的名著《獅身人面像之謎》一書結尾時重提此事,果然不久,回音傳來了。1988 年初,美國人納爾遜 (Hardy L. Nelson) 利用加州大學的一台克雷超級計算機,通過巧妙的程式設計,找出一素數如 1480028171 而該素數的 ±12 、±18 、 ±30 和 ±42 也是素數且是相鄰的,便可填寫進幻方內,一舉把難題攻破。而他居然更一下了給出二十二個解,當然是取走了那百元大鈔吧。而上表為當中最小的一個答案。納爾遜坦言他的程式無法証明這是最小的解,大家也可試試尋尋,但他補充找到更小的解的機會近乎零。

連續四階素幻方相對是簡單的:

41
71
103
61
97
79
47
53
37
67
83
89
101
59
43
73

上列素幻方是由 37 起連續 16 個素數組成,每行總和為 277 ,但不包對角線。這是由梅西尼 (J. N. Muncey) 於 1913年創製的。

另梅西尼亦在同年創製了一個由連續奇素數 (Consecutive Odd Primes) (包括 1) 的十二階素幻方,如上圖。

 

 

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