爱因斯坦的九圆圈填数问题

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  如图1所示的九个圆圈是四个小的等腰三角形的顶点,在图上将1~9这九个数字填入圆圈,要求这七个三角形中每个三角形的三个顶点上的数字之和都相同.
  
  [背景材料]
  此题是由爱因斯坦(A·Einstein,1879~1955)给出的.爱因斯坦在全世界闻名之后,仍继续为《法兰克福报》写稿,为读者提出一些数学问题,此题就是一例.
  
  [解题方法]
  设构成七个等腰三角形的九个顶点分别为A、B、C、D、E、F、G、H、I(如图2).观察可知△ABG,△CDH,△EFI没有公共的顶点,又1 2 3 4 5 6
  
   7 8 9=45,且已知上述三角形的三个顶点所在数的和应相等,因此,我们可以知道:
  每个三角形的三个顶点上的数的和应为:45/3=15,
  而1~9这九个数中每三个数的和为15的所有可能为:1 5 9;1 6 8;2 4
   9;2 5 8;2 6 7;3 4 8;3 5 7;4 5 6.
  考虑到等腰三角形GHI处在六边形ABCDEF的中央,为配数的需要,应把1~9中处在中间段的数4,5,6放在G,H,I的位置上,不妨设G=6,H=5,I=4(亦可以设G=4,H=5,I=6或G=5,H=4,I=6).此时,A有六个数可选,例如选7(其他情况类似),由于A H=7 5=12,从而F=3;又I=4,故I F=7,从而E=8;A=7,G=6,A G=7
   6=13,从而B=2;C=15-(B I)=15-(2 4)=9;最后,由于H=5,C=9,因此,D=15-(H C)=15-(5 9)=1.
  因此,在G=6,H=5,I=4的情形下,A,B,C,D,E,F的值分别为:7,2,9,1,8,3,符合题目要求.
  同理,在G=6,H=5,I=4的情形下,A,B,C,D,E,F的值亦可为:1,8,3,7,2,9.
  两个供读者思考的问题:
  (1)G,H,I的值可否有除4,5,6以外的选择?
  (2)△AHF,△BCI,△GDE三个顶点的数值和不为15是否可以?
  答案:以上两题答案均为否定.
  提示:对于(1)可有下述必要条件:放在G,H,I位置上的数,每个数至少应存在三种与其他数的和为15的形式,根据我们列出的和为15的八种形式可知,只有2,4,5,6,8排在中间才可能满足要求,通过实验可知2和8放在中间不合要求,亦即当三角形的和为15时,若不考虑G,H,I的循环情形,满足需要的G,H,I是唯一的,即只有4,5,6.对于(2),实际上很简单,若三个顶点的数值和不为15,则必造成和不相等的情形,不满足题目要求.
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