משושה קסם

במתמטיקה, משושה קסם הוא סידור של מספרים בצורה של משושה מרוכז בעל n מספרים בכל צלע, כך שסכום המספרים בכל שלושת הכיוונים שווה ל-M. משושה קסם רגיל מכיל את המספרים העוקבים מ-1 עד 3n2 − 3n + 1. משושי קסם רגילים קיימים רק עבורn = 1 ו-n = 3. יתר על כן הפתרון של משושה קסם מסדר 3 הוא ייחודי. משושה הקסם מסדר 3 פורסם פעמים רבות כ"תגלית חדשה". ההתייחסות הכי מוקדמת, ואולי המגלה הראשון, הוא ארנסט פון הסלברג (1887). המספרים על המשושים הם עוקבים ומתחילים 1 עד ( 3 n 2 − 3 n + 1 ) {\displaystyle (3n^{2}-3n+1)} . ולכן הסכום שלהם הוא מספר משולשי, כלומר: s = 1 2 ( 3 n 2 − 3 n + 1 ) ( 3 n 2 − 3 n + 2 ) = 9 n 4 − 18 n 3 + 18 n 2 − 9 n + 2 2 {\displaystyle s={1 \over {2}}(3n^{2}-3n+1)(3n^{2}-3n+2)={9n^{4}-18n^{3}+18n^{2}-9n+2 \over {2}}} ישנם (r = (2n − 1 טורים בכל כיוון (צפון-דרום, דרום מזרח-צפון מערב ודרום מערב-צפון מזרח). בכל טור סכום הספרות הוא M. ולכן: M = s r = 9 n 4 − 18 n 3 + 18 n 2 − 9 n + 2 2 ( 2 n − 1 ) {\displaystyle M={s \over {r}}={9n^{4}-18n^{3}+18n^{2}-9n+2 \over {2(2n-1)}}} שיכול להכתב גם כ: M = ( 9 n 3 4 − 27 n 2 8 + 45 n 16 − 27 32 ) + 5 32 ( 2 n − 1 ) {\displaystyle M=\left({\frac {9n^{3}}{4}}-{\frac {27n^{2}}{8}}+{\frac {45n}{16}}-{\frac {27}{32}}\right)+{\frac {5}{32\left(2n-1\right)}}} הכפלת המשוואה ב-32 תיתן: 32 M = 72 n 3 − 108 n 2 + 90 n − 27 + 5 2 n − 1 {\displaystyle 32M=72n^{3}-108n^{2}+90n-27+{5 \over 2n-1}} מאחר ש-M שלם,  5 2 n − 1 {\displaystyle {\frac {5}{2n-1}}}  חייב להיות שלם. ולכן 2n-1 צריך להיות מחלק של 5. ה-nים היחידים שגם גדולים מאחד וגם מקיימים תנאי זה הם n = 1 {\displaystyle n=1} ו- n = 3 {\displaystyle n=3} . אף על פי שאין משושי קסם רגילים מסדר שעולה על 3, ישנם כמה משושים לא רגילים. במקרה זה לא רגיל כוונתו הוא שרצף המספרים אינו מתחיל מאחד. ארסן זהרי גילה את המשושים מסדר 4 וסדר 5 הבאים: משושה הקסם מסדר 4 מתחיל מהסיפרה 3 נגמר בספרה 39, וסכום כל טור הוא 111. משושה הקסם מסדר 5 מתחיל מהספרה 6 נגמר בספרה 66 וסכום כל טור בו הוא 244.  משושה קסם מסדר 5 המתחיל בספרה 15 מסתיים בספרה 75 וסכום הטורים בו הוא 305, הוא המשושה הבא: סכום טורים גדול מ-305 במשושה מסדר חמש הוא אינו אפשרי.  משושה מסדר 5, בו ה"x" מסמל משושה מסדר 3 המשלים את רצף המספרים. במשושה העליון המשושה מסדר 3 הוא משושה קסם רגיל, ובתחתון המשושה מסדר 3 הוא משושה המתחיל בספרה 9- מסתיים בספרה 9 וסכום כל טור הוא 0. משושה מסדר 6 ניתן לראות למטה. הוא נוצר על ידי לואיס הולבלינג, 11 אוקטובר, 2004: המשושה מתחיל בספרה 21 מסתיים בספרה 111 וסכום כל טור הוא 546.  המשושה הקסום הגדול ביותר המורכב ממספרים חיוביים התגלה על ידי ארסן זהרי ב-22 במאי 2006:  המשושה הוא מסדר 7. הוא מתחיל בספרה 2 מסתיים בספרה 128 וסכום כל טור הוא 635.  עם זאת, משושה קסם מסדר 8, נוצר על ידי לואיז ק' הולבלינג ב-5 בפברואר 2006: הוא מתחיל בספרה -84 מסתיים בספרה 84 וסכום כל טור הוא 0.  משושים יכולים להיות מורכבים על ידי משולשים, כפי שהתמונה מטה מציגה. משושים מסוג זה מכונים "משושים משולשים" ויש להם הרבה יותר פתרונות ממשושה קסום רגיל. כפי שמוצג במשושים למעלה, הטורים של המשולשים מתפרסים בשלושה כיוונים וישנם 24 משולשים במשושה מסדר 2. בהכללה, למשושה משולש מסדר n יש 6 n 2 {\displaystyle 6n^{2}} משולשים. הסכום של כל המשולשים ניתן על ידי הנוסחה הבאה: S = 3 n 2 ( 6 n 2 + 1 ) {\displaystyle {S}={3n^{2}(6n^{2}+1)}} אם אנחנו מנסים לבנות משושה משולש קסום בסדר  n, אנחנו חייבים לבחור את n כך שהוא יהיה מספר זוגי, זאת משום שישנם r = 2n טורים ולכן הסכום של כל טור הוא: M = S R = 3 n 2 ( 6 n 2 + 1 ) 2 n {\displaystyle M={S \over R}={3n^{2}(6n^{2}+1) \over 2n}} על מנת שתוצאה זו תהיה מספר שלם, n חייב להיות מספר זוגי. נכון להיום, משושים משולשים קסומים מסדר 2, 4, 6 ואפילו 8 כבר התגלו. הראשון היה משושה משולש קסום מסדר 2, שהתגלה על ידי ג'ון בקר ב-13 בספטמבר 2003. מאז ג'ון פעל בשיתוף פעולה עם דויד קינג, שגילה שישנם 59,674,527 משושים משולשים קסומים מסדר 2.  למשושים משולשים קסומים ישנם מספר תכונות משותפות עם ריבועי קסם, אבל יש להם גם מספר תופעות מפתיעות. למשל, סכום המשולשים המצביעים כלפי מעלה שווה לסכום המשולשים המצביעים כלפי מטה (לא משנה באיזה סדר גודל המשושה). בדוגמה למעלה: 17 + 20 + 22 + 21 + 2 + 6 + 10 + 14 + 3 + 16 + 12 + 7 {\displaystyle {17+20+22+21+2+6+10+14+3+16+12+7}} = 5 + 11 + 19 + 9 + 8 + 13 + 4 + 1 + 24 + 15 + 23 + 18 {\displaystyle {=5+11+19+9+8+13+4+1+24+15+23+18}} = 150 {\displaystyle {=150}} ריבוע קסם כוכב קסם מדיה וקבצים בנושא משושה קסם בוויקישיתוף משושה קסם, באתר MathWorld (באנגלית)