曆史
據說普魯士的腓特列大帝曾組成一支儀仗隊,儀仗隊共有36名軍官,來自6支部隊,每支部隊中,上校、中校、少校、上尉、中尉、少尉各一名。他希望這36名軍官排成6×6的方陣,方陣的每一行,每一列的6名軍官來自不同的部隊并且軍銜各不相同。令他惱火的是,無論怎麼絞盡腦汁也排不成。
後來,他去求教瑞士著名的大數學家歐拉。歐拉發現這是一個不可能完成的任務。來自n個部隊的n種軍銜的n×n名軍官,如果能排成一個正方形,每一行,每一列的n名軍官來自不同的部隊并且軍銜各不相同,那麼就稱這個方陣叫正交拉丁方陣。歐拉猜測在
n=2,6,10,14,18,…時,正交拉丁方陣不存在。然而到了上世紀60年代,人們用計算機造出了n=10的正交拉丁方陣,推翻了歐拉的猜測。現在已經知道,除了n=2,6以外,其餘的正交拉丁方陣都存在,而且有多種構造的方法。
正交拉丁方陣
正交拉丁方陣的構造
請你造一個n=4的正交拉丁方陣。
如果你有撲克牌,請用四種花色(梅花,方塊,紅心,黑桃)的1(即A)、2、3、4共16張牌,将它們排成4×4的方陣,每一行,每一列四種花色俱全,并且都有1、2、3、4。
正交拉丁方陣的特點
仔細欣賞一下,除了每行每列都有1、2、3、4,而且花色齊全。另外,這個圖還有許多特點:
1.一條對角線(從左上到右下)上全是A,另一條對角線(從左上到右下)上是試4。
2.方塊與梅花是左右對稱的,紅桃與黑桃也是左右對稱的。就是說,如果沿中間的豎線将圖對折,方塊與梅花相合,紅桃與黑桃相合。
3.方塊與黑桃,梅花與紅桃上下對稱。就是說,如果沿中間的橫線将圖對折,方塊和黑桃相合,梅花與紅桃相合。
4.A與4,2與3左右對稱。
5.兩條對角線上四種四種花色齊全。
6.方塊與紅桃中心對稱,黑桃與梅花中心對稱,就是說,如果将圖形繞中心(圖中橫線與豎線的點)旋轉180°,左上的方塊與右下的紅桃相合。
上圖是另一種4階(n=4)的正交拉丁方陣,請同學們自己欣賞,發現一些規律和特點。學習數學,應當注意欣賞數學的美:整齊、對稱、有規律、簡單、自然。會欣賞數學的美才能将數學學的更好;學好了數學,也就提高了對數學美的認識。