Magiques
° Cercles magiques. –
1e
Treillis constitué de n
cercles sécants dont les points d’intersection ou cellules reçoivent des
nombres répartis de telle manière que leur somme appelée densité
est la même sur chaque cercle. Sous sa forme normale,
un tel treillis reçoit les entiers de 1 à n(n - 1). Ce dernier
nombre correspond au nombre de cellules : c’est un nombre hétéromèque
ou le double d’un triangulaire.
Pour trouver la densité, on fait la somme des entiers de 1 à n(n
- 1). Comme chaque point est l’intersection de deux cercles, on multiplie ce
résultat par 2 ; puis on divise le produit par n. La densité est
égale à (n - 1)(n2 - n + 1). Par
rapport au nombre de cellules c, la densité est (n - 1)(c
+ 1).
Le tableau suivant donne le nombre de cellules et la densité pour chaque
treillis quand n varie de 2 à 10.
n |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Cellules |
2 |
6 |
12 |
20 |
30 |
42 |
56 |
72 |
90 |
Densité |
3 |
14 |
39 |
84 |
155 |
258 |
399 |
584 |
819 |
Les deux premiers treillis ci-après sont constitués chacun
de trois cercles et le troisième d’un cercle et de deux ellipses. Ils
reçoivent les entiers de 1 à 6 répartis en quadruplets : (1, 2, 5, 6),
(1, 3, 4, 6) et (2, 3, 4, 5). Leur densité est 14. Selon la classification
proposée dans l’article Treillis
magiques, ces trois treillis peuvent être codés 6-4-3-60-1a,
6-4-3-60-1b et 6-4-3-60-1c.
Les trois treillis suivants sont isomorphes
aux précédents. Les rangées du premier sont deux cercles et un diamètre
prolongé ; le deuxième un carré et deux trapèzes isocèles; le
troisième un carré et deux flèches.
Pour rendre magiques les treillis de cette classe, on peut
partager les éléments en paires de nombres complémentaires
dont la somme est (n2 - n + 1). Dans les exemples
donnés, comme n = 3, la somme est 7. Les paires de complémentaires sont
(1, 6), (2, 5) et (3, 4), tout comme dans le dé hexaédrique.
2e Treillis constitué de n cercles
concentriques et de m diamètres. Voici quatre situations
différentes :
n n est égal à m
Les points d’intersection ou
cellules reçoivent des nombres répartis de telle manière que leur somme
appelée densité est la même dans chaque rangée (cercle et diamètre). Sous
sa forme normale, un tel treillis reçoit les entiers de 1 à 2n2,
soit le double d’un carré ou la demie de deux triangulaires successifs.
Pour
trouver la densité, on fait la somme des entiers de 1 à 2n2 ; puis on
divise par n. La densité est égale à n(2n2 +
1). Par rapport au nombre de cellules c, la densité est n(c
+ 1). Le tableau suivant donne le nombre de cellules et la densité pour chaque
treillis quand n varie de 1 à 8.
n |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Cellules |
2 |
8 |
18 |
32 |
50 |
72 |
98 |
128 |
Densité |
3 |
18 |
57 |
132 |
255 |
438 |
693 |
1032 |
Le treillis de gauche ci-après est constitué de trois
cercles et de trois diamètres. Il reçoit les entiers de 1 à 18. Sa densité
est 57. Le treillis de droite est composé de trois carrés et de trois
droites : deux diagonales et une médiatrice. Les deux treillis sont
isomorphes. Ils peuvent être classés 18-6-6-180-1a et 18-6-6-180-1b.
Pour rendre magiques les treillis de cette classe, on peut
partager les éléments en paires de nombres complémentaires dont la somme est
(2n2 + 1) ou le nombre de cellules plus 1’unité. Dans ce
cas, comme n = 3, la somme est 19. Les paires de complémentaires sont
(1, 18), (2, 17), (3, 16), etc. On place les deux éléments d’une paire sur
les deux points d’intersection d’un cercle et d’un diamètre.
Seki Kowa
a donné un treillis normal de cette classe constitué de cinq cercles
concentriques dont la somme est 265 sur chacun des cercles et 266 sur chacun des
diamètres.
n m est égal à (n
+ 1)
Le treillis comprend n(n + 1) rangées. Les points d’intersection ou cellules reçoivent des
nombres répartis de telle manière que leur somme appelée densité est la
même dans chaque rangée.
Sous sa forme normale, un tel treillis comporte les
entiers de 1 à (2n2 + 2n + 1), soit un nombre gnomonique octaédrique
ou un centré D2 carré. La densité est égale à (n + 1)(2n2
+ 2n + 1). Par rapport au nombre de cellules c, la densité est (n
+ 1)c. Le tableau suivant donne le nombre de cellules et la densité pour
chaque treillis quand n varie de 1 à 7.
n |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Cellules |
5 |
13 |
25 |
41 |
61 |
85 |
113 |
Densité |
10 |
39 |
100 |
205 |
366 |
595 |
904 |
Le treillis de gauche ci-après est constitué de deux
cercles et de trois diamètres, soit 2 ´ 3 rangées.
Il reçoit les entiers de 1 à 13. Sa densité est 39. Le treillis de droite est
composé de deux carrés et de trois droites (deux diagonales et une
médiatrice). Il est isomorphe au premier.
Pour rendre magiques les treillis de cette classe, on peut
partager les éléments en paires de nombres complémentaires dont la somme est
(2n2 + 2n + 1). Dans ce cas, comme n = 2, la
somme est 13. Les paires complémentaires sont (1, 12), (2, 11), (3, 10), etc.
On place les deux éléments d’une paire sur les deux points d’intersection
d’un cercle et d’un diamètre. Comme chaque cercle supporte six éléments
et chaque diamètre cinq éléments, soit un de moins, on doit placer la somme
des complémentaires au centre du treillis pour que chaque rangée ait la même
somme, soit une densité unique. C’est un treillis normal.
n m est plus grand ou
égal à (n + 2)
Les points d’intersection ou cellules reçoivent des nombres
répartis de telle manière que leur somme est la même d’une part sur chaque
cercle et d’autre part sur chaque diamètre. Ces sommes sont proportionnelles
au nombre de cellules par rangée. Soit un treillis n ´
(n + 2), sous sa forme normale, il comporte les entiers de 1 à 2n(n
+ 2). La somme sur chaque cercle est (n + 2) (c + 1); la
somme sur chaque diamètre est n(c + 1) où c est mis pour
le nombre total de cellules.
Ainsi, dans un treillis 2 ´
4, la somme est 17 ´ 4 = 68 sur chaque cercle et 17
´
2 = 34 sur chaque diamètre. Le tableau suivant donne le nombre de cellules, la
somme des cercles et celle des diamètres quand n varie de 1 à 7.
n ´ (n + 2) |
1 ´ 3 |
2 ´ 4 |
3 ´ 5 |
4 ´ 6 |
5 ´ 7 |
6 ´ 8 |
7 ´ 9 |
Cellules |
6 |
16 |
30 |
48 |
70 |
96 |
126 |
Cercles |
21 |
68 |
155 |
294 |
497 |
776 |
1143 |
Diamètres |
7 |
34 |
93 |
196 |
355 |
582 |
889 |
Le treillis de gauche ci-après est d’ordre 2
´
4. Il est constitué de deux cercles et de quatre diamètres. Il reçoit les
entiers de 1 à 16. Le treillis de droite est composé de deux carrés et de
trois droites : deux diagonales et une médiatrice. Les deux treillis sont
isomorphes l’un à l’autre.
Pour rendre magiques les treillis de cette classe, on peut
partager les éléments en paires de nombres complémentaires dont la somme est
(2n2 + 4n + 1). Dans ce cas, comme n = 2, la
somme est 17. Les paires complémentaires sont (1, 16), (2, 15), (3, 14), etc.
On place les deux éléments d’une paire sur les deux points d’intersection
d’un cercle et d’un diamètre. La somme est 68 sur chaque cercle et 34 sur
chaque diamètre. Le treillis est normal, car il contient les éléments de 1 à
16. Pour avoir une densité unique, on n’aurait qu’à ajouter 34 au centre
du treillis, mais le treillis ne serait pas normal.
n n est plus grand que m
Comme dans
le cas précédent, il n’y a pas de densité unique ; mais les sommes
sont proportionnelles au nombre de cellules par rangée. Voici trois
exemples :
Le tableau suivant donne pour chaque treillis le nombre de
cercles, le nombre de diamètres de même que leur somme particulière.
|
Nombre de cercles |
Nombre de diamètres |
Somme des cercles |
Somme des diamètres |
A |
3 |
2 |
26 |
39 |
B |
4 |
2 |
34 |
68 |
C |
4 |
3 |
75 |
100 |
3e Treillis constitué de n cercles
concentriques et de m rayons. Voici deux situations différentes :
n n est égal à m
Les points d’intersection ou cellules reçoivent des nombres répartis de
telle manière que leur somme appelée densité est la même dans chaque rangée
(cercle et rayon). Un tel treillis sous sa forme normale reçoit les entiers de
1 à n2. Pour trouver la densité, on fait la somme des
entiers de 1 à n2, puis on divise par n. La densité
est égale à n(n2 + 1)/2. Par rapport au nombre de
cellules c, la densité est n(c + 1)/2.
Le tableau suivant
donne le nombre de cellules et la densité pour chaque treillis quand n
varie de 3 à 10.
n |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Cellules |
9 |
16 |
25 |
36 |
49 |
64 |
81 |
100 |
Densité |
15 |
34 |
65 |
111 |
175 |
260 |
369 |
505 |
Voici trois treillis normaux constitués de 3, 4, 5 cercles
et d’autant de rayons :
Le code de chaque treillis est donné. Les treillis de cette
classe sont isomorphes aux carrés magiques d’ordre n sans
considération des diagonales.
n n est différent de m
Une somme existe sur chaque cercle et une autre sur chaque rayon. Ces sommes
sont proportionnelles au nombre de cellules par rangée. Dans la configuration
de gauche ci-après, la somme est 32 sur chaque cercle et 24 sur chaque rayon.
Dans l’autre configuration, elle est 75 sur chaque cercle et 50 sur chaque
rayon.
Ces derniers treillis sont isomorphes aux rectangles
magiques. On pourrait considérer deux rayons en ligne comme un diamètre.
Les cercles magiques ont été inventés par Benjamin Franklin (1706-1790).
© Charles-É. Jean
Index
: M
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