결합 마방진
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1. 개요
결합 마방진은 각 쌍의 반대쪽 셀의 합이 동일한 마방진이다. 낙서도, 알브레히트 뒤러의 멜렌콜리아 I, 벤저민 프랭클린의 편지에서 발견되는 4x4 마방진 등이 결합 마방진의 예시이다. n × n 결합 마방진의 수는 n=3, 4, 5,...에 대해 1, 48, 48544, 0, 1125154039419854784, ...개이며, n=6일 때는 존재하지 않는다. 결합 마방진은 단일 짝수 차수(2 모듈로 4)에서는 존재하지 않으며, 짝수 차수의 모든 결합 마방진은 특이 행렬을 형성한다.
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결합 마방진 | |
---|---|
마방진 정보 | |
종류 | 마방진 |
차수 | 홀수 차수 (3x3 이상) |
특징 | 중심 대칭적인 성질을 가짐 |
합 | 모든 쌍의 수가 중심에 대해 합이 같음 |
마법 상수 (3x3) | 15 |
마법 상수 (5x5) | 65 |
마법 상수 (7x7) | 175 |
수학적 특성 | |
연관성 | 마방진 반마방진 범마방진 |
영어 명칭 | |
영어 명칭 | Associative magic square |
2. 결합 마방진의 예시
예를 들어, 유일한 3×3 마방진인 낙서도는 결합 마방진이다. 각 쌍의 마주 보는 점들은 정사각형의 중심점을 지나며, 이 두 점의 합은 항상 같다. 이는 마방진의 한 줄의 합에서 중심점의 값을 뺀 값과 같다. 알브레히트 뒤러의 1514년 판화 ''멜렌콜리아 I''에 나타난 4×4 마방진 역시 결합 마방진이다. 이 마방진은 벤저민 프랭클린의 1765년 편지에서도 발견되며, 마주 보는 두 숫자의 합은 항상 17이다.
n×n 크기의 결합 마방진의 개수는 회전이나 반사로 동일한 배열이 되는 경우는 하나로 간주하며, n = 3, 4, 5,... 에 따른 개수는 다음과 같다.
3. 결합 마방진의 존재성과 열거
:1, 48, 48544, 0, 1125154039419854784, ...
n = 6일 때 개수가 0인 것은, n이 단일 짝수일 때는 결합 마방진이 존재하지 않는다는 일반적인 규칙의 한 예이다.
3. 1. 단일 짝수 차수의 부재
결합 마방진은 ''n''의 값이 단일 짝수(즉, ''n''을 4로 나누었을 때 나머지가 2인 경우, ''n'' ≡ 2 mod 4)일 때는 존재하지 않는다. 예를 들어, ''n'' = 6일 때 가능한 결합 마방진의 수는 0이다.
참고로, 짝수 차수의 모든 결합 마방진은 특이 행렬을 형성하지만, 홀수 차수의 결합 마방진은 특이 행렬일 수도 있고 아닐 수도 있다.
3. 2. 홀수 및 짝수 차수의 특이성
결합 마방진은 차수 ''n''이 단일 짝수(4로 나누어 나머지가 2인 수)일 경우에는 존재하지 않는다. 행렬로서의 특성을 보면, 짝수 차수를 가지는 모든 결합 마방진은 항상 특이 행렬이다. 반면, 홀수 차수의 결합 마방진은 특이 행렬일 수도 있고, 비특이 행렬일 수도 있다.
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