变幻的银元

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  很久以前,欧洲有一个国王叫亚瑟,他胸怀大志很有抱负。作为一国之君,他深知科学知识对于励精图治的重要意义,所以在宫廷里高薪聘请了许多科学家。他们不仅是各项决策的顾问,而且分别单独给亚瑟授课。亚瑟尽最大可能学习各种知识,开阔视野,充实头脑。亚瑟对数学情有独钟,跟宫廷数学家卡洛尔关系最为密切。
  新年刚至,亚瑟宴请这些特别的家庭教师,亲自发放一年薪水以示谢意。最后轮到卡洛尔,他得到的酬劳最多,共1350个银元。或许是刚刚教授过三阶幻方的缘故,卡洛尔略加思考就把这些银元分成了不相等的9堆(如图1),并请亚瑟欣赏。
  “亲爱的老师,您可真是煞费苦心啊!连发的工资也设计成问题考我。”亚瑟一看就乐了,“不过,这可难不住我。这是一个中规中矩的三阶幻方,每行、每列和两个对角线上的三数之和都是450。比如192 18 240(行)=18 150 282(列)=240 150 60(对角线)=450。”卡洛尔笑着点头,可没想到亚瑟反问:“可惜这不是您介绍的质数幻方。甚至,这些银元数中没有一堆是质数。您有方法使之变成质数幻方吗?”
  “行啊!”卡洛尔胸有成竹地回答说,看来他已经延伸思考过这个问题。但他还欲擒故纵,说:“只要陛下再赏一个装有9个银元的红包,您就会如愿。”亚瑟顿时来了兴致,立刻叫人照办,看接下来会发生什么。只见卡洛尔把9个银元在幻方的9个方格里各放1枚(如图2),然后一摊手说:“请看!”显而易见,图中的每堆银元数都成了质数,每行每列和两个对角线上的三数之和自然都是450 3=453,果然是个货真价实的三阶质数幻方哟!
  这可把亚瑟高兴坏了,停在卡洛尔这桌饶有兴致地观赏这个难得的质数幻方,惊奇地感叹这真是绝无仅有。卡洛尔刚要开口解释,在一边端着酒颇得国王喜爱的宫女米拉插话道:“陛下,绝无仅有恐怕未必。我可以在每一堆中取出相同数目的银元,使其仍成为一个质数幻方。作为奖赏,您能让我拿走取出的银元吗?”此言一出,不仅亚瑟瞠目结舌,连卡洛尔也惊讶不已。
  “当然,如果你真能办到,取出的银元就是你应得的奖励。”亚瑟和卡洛尔都这样认为,显然他们都低估了这位宫女的数学水平,觉得不可能或做不到。可米拉的信手拈来却让所有人大跌眼镜。只见米拉从每堆银元中拿走了2个银元(如图3),然后也一摊手,说:“请看!”
  亚瑟和卡洛尔一下子愣住了,因为这时每堆银元的数目确实都成了质数,每行、每列和两个对角线上的三数之和都是453-6=447,仍是个不折不扣的三阶质数幻方。而且,两个质数幻方中的9对数,分别构成9对孪生质数,即191和193、19和17、241和239……283和281、109和107。要知道,找到孪生质数已非轻而易举,还要构成要求苛刻的幻方更是难上加难。卡洛尔知道没什么奇怪的,可一个宫女竟然知晓就不简单了。
  喜不自禁的亚瑟立刻叫人包了两个内装100个银元的大红包,奖赏给聪明的宫女和数学家。卡洛尔也当场宣布收米拉为徒,这也算是对聪明的特别奖励吧!
  (编辑 孙世奇)
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