Arithmetic · real student question

在一个 4×4 的表格里填数,使每一行、每一列以及两条对角线上四个数的和都相等。第一行是 −5、9、空、空;第二行是 空、0、1、空;第三行是 2、空、5、−1;第四行是 7、空、空、10。

Question

在下面的表格中填出空格里的数,使每一行、每一列以及两条对角线上的四个数之和都相等。

\hline -5 & 9 & a & b\\\hline c & 0 & 1 & d\\\hline 2 & e & 5 & -1\\\hline 7 & f & g & 10\\\hline \end{array}$$

Step-by-step solution

  1. 先找一条已经填满的线。 只要有一条线能直接求和,就没必要再去引入一个未知的幻和。主对角线 5,0,5,10-5,\,0,\,5,\,10 上没有空格,所以

    S=5+0+5+10=10S=-5+0+5+10=10

    于是每一行、每一列和每条对角线的和都必须是 1010

  2. 填那些只剩一个空格的线。 第三行和第一列各只有一个未知数:

    2+e+5+(1)=10e=4,5+c+2+7=10c=62+e+5+(-1)=10 \Rightarrow e=4,\qquad -5+c+2+7=10 \Rightarrow c=6

    每填出一个数,又会解锁新的线,所以这道题是一格一格解开的,根本用不着联立方程组。

  3. 用新填出的数解锁更多的线。 有了 e=4e=4,第二列就只剩一个空格:

    9+0+4+f=10f=39+0+4+f=10 \Rightarrow f=-3

    接着第四行给出 7+(3)+g+10=10g=47+(-3)+g+10=10 \Rightarrow g=-4,第二行给出 6+0+1+d=10d=36+0+1+d=10 \Rightarrow d=3

  4. 借助第三列补完第一行。 现在第三列是 a,1,5,4a,1,5,-4

    a+1+54=10a=8a+1+5-4=10 \Rightarrow a=8

    再由第一行得到 5+9+8+b=10b=2-5+9+8+b=10 \Rightarrow b=-2

  5. 逐条验证每一条线,别忘了副对角线。 补全后的幻方是

    59826013245173410\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline -5&9&8&-2\\\hline 6&0&1&3\\\hline 2&4&5&-1\\\hline 7&-3&-4&10\\\hline\end{array}

    各行:10,10,10,1010,10,10,10;各列:10,10,10,1010,10,10,10;主对角线 5+0+5+10=10-5+0+5+10=10;副对角线 2+1+4+7=10-2+1+4+7=10。副对角线在整个推导过程中从未用过,所以它是一次真正独立的检验。

Answer

S=10;a=8, b=2, c=6, d=3, e=4, f=3, g=4S=10;\quad a=8,\ b=-2,\ c=6,\ d=3,\ e=4,\ f=-3,\ g=-4

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