杨辉十分痴迷于古数学问题,在《详解九章算法》一书中详细记载了“贾宪三角”(又称“杨辉三角”),这是中国数学史上的一个伟大成就,比西方数学家发现这一规律的时间早了近600年。
杨辉在他的第四部数学书籍出版后,如释重负。这天清晨,阳光明媚,心情大好的杨辉决定乘轿巡游散心。一路上,杨辉不时地撩起轿帘欣赏旖旎风光,突然,前面传来孩童的尖叫声,轿夫随之驻足并呵斥道:“小孩,快些闪到一旁!”杨辉急忙制止:“不可无理,上前好声好气地询问。”原来,这个男孩正在路上演算数学题,怕轿夫踩坏他的算式,所以才挡在轿前。杨辉平日里十分喜爱刻苦学习的孩子,便下轿一探究竟。只见男孩眼噙泪水,噘着嘴说:“老师让我把数字1~9排成三行,要求每横行、竖行、斜行的数字之和都是15。我思考了很久,刚有点思路,你们就来了。”杨辉笑了笑,蹲在男孩的旁边,说:“这个问题很有趣,我能和你一起计算吗?”
男孩看了看眼前慈祥的中年人,点了点头。两人在路旁找了片空地,经过多次验算,直到中午才完成。男孩高兴得手舞足蹈。杨辉也很欣慰,但心中有一丝疑问,便问:“你今天怎么没有去学堂啊?”男孩脸一红,低头摸着衣角说:“其实我靠替人放羊为生,交不起学费,这道题是我路过学堂时偷听来的。”杨辉很受感动,拍了拍他的肩膀,转身从轿中取出一笔钱给了男孩,又去学堂为他缴纳了学费。后来,杨辉将这张图称为“纵横图”或“三阶幻方”,记录在《续古摘奇算法》一书中。
关于三阶幻方,杨辉编写了一个口诀:九子斜排,上下对易,左右相更,四维突出。戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足。
九子斜排:从上向右下斜着写数,先写1、2、3,再换行写4、5、6,再换行写7、8、9;
上下对易,左右相更:将上下的1和9对调,左右的3和7对调;
四维突出:将4个边位上的数字4、2、8、6移到角位,得到最终的结果。
数学研究普遍具有联想性,善于动脑的杨辉便突发奇想:有没有更高阶的幻方?有没有圆形或其他形状的幻方?他白天工作,晚上在昏暗的油灯下研究幻方。很快,他就发现了复杂的4~10阶幻方的制造方法及性质,但圆形幻方的难题一直困扰着他。经历了成百上千次的失败,杨辉苦恼不已,但他没有惧怕失败,继续痴心于排列圆形幻方。杨辉因为劳累过度而病倒了。即便卧病在床,他也没有放弃摆弄幻方,“无意”中他竟然成功了,病也好了一大半。
圆形幻方,图中7个圆周上四个数字与圆心处数字之和均为65,例如:19+21+2+18+5=6+23+17+14+5=20+1+24+15+5=65。
幻方出现在古希腊的时间比中国晚了近200年,但一直没有进展。直到公元15世纪,中国的“纵横图”才被带到欧洲,吸引了西方数学家们的注意。后来,计算机技术的应用使幻方大放异彩,因为科学家们发现幻方在程序设计、图论、人工智能等领域有很大的应用价值。