Die allgemeine Methode
Für die Erstellung eines magischen Zahlenquadrates mit einer vorgegebenen Zeilen-, Spalten- und Diagonalensumme kann − in Anlehnung an die Kandidaten-Methode − das Basisquadrat
1 | 12 | 7 | 34 | |
11 | 8 | 2 | 34 | |
5 | 10 | 3 | 34 | |
4 | 6 | 9 | 34 | |
20 | 19 | 21 | 18 |
prinzipiell mit jeder natürlichen Zahl von 1 bis [Summe/22] multipliziert und mit Hilfe der Subtraktionen Summe − 20 ⋅ Hilfszahl, Summe − 21 ⋅ Hilfszahl, Summe − 18 ⋅ Hilfszahl sowie Summe − 19 ⋅ Hilfszahl erstellt werden.
Für die − in der Sendung "Wetten, dass ... ?" vorgegebene − Summe 216 784 kann daher maximal die Hilfszahl 9 853 verwendet werden, wodurch sich das magische Quadrat
216 784 | ||||
19 724 | 9 853 | 118 236 | 68 971 | 216 784 |
108 383 | 78 824 | 9 871 | 19 706 | 216 784 |
49 265 | 98 530 | 29 559 | 39 430 | 216 784 |
39 412 | 29 577 | 59 118 | 88 677 | 216 784 |
216 784 | 216 784 | 216 784 | 216 784 | 216 784 |
welches aus lauter verschiedenen Werten besteht, ergibt.
Hat jedoch eine vorgegebene Summe (mindestens) einen (natürlichen) Teiler x mit der Eigenschaft 21 < x < 34, so führt die Verwendung der Hilfszahl (Summe/x) zwar zu einem magischen Quadrat, jedoch besitzt dieses nicht 16 verschiedene Feldeinträge.
Da die Zahl 216 784 die Primfaktorenzerlegung 24 ⋅ 17 ⋅ 797 besitzt, gibt es keinen (natürlichen) Teiler x mit der Eigenschaft 21 < x < 34. Es führen also alle 9 853 (natürlichen) Hilfszahlen zu einem magischen Quadrat mit verschiedenen Feldeinträgen.
Hingegen besitzt die Zahl 216 783 aufgrund der Primfaktorenzerlegung 33 ⋅ 7.31 ⋅ 37 die beiden (kritischen) Teiler x1 = 27 und x2 = 31.
Die Verwendung der beiden Hilfszahlen (Summe/x1) = 8 029 und (Summe/x2) = 6 993 liefert daher die magischen Quadrate:
216 783 | ||||
56 203 | 8 029 | 96 348 | 56 203 | 216 783 |
88 319 | 64 232 | 48 174 | 16 058 | 216 783 |
40 145 | 80 290 | 24 087 | 72 261 | 216 783 |
32 116 | 64 232 | 48 174 | 72 261 | 216 783 |
216 783 | 216 783 | 216 783 | 216 783 | 216 783 |
und
216 783 | ||||
76 923 | 6 993 | 83 916 | 48 951 | 216 783 |
76 923 | 55 944 | 69 930 | 13 986 | 216 783 |
34 965 | 69 930 | 20 979 | 90 909 | 216 783 |
27 972 | 83 916 | 41 958 | 62 937 | 216 783 |
216 783 | 216 783 | 216 783 | 216 783 | 216 783 |
In jedem dieser beiden magischen Quadrate gibt es mindestens zwei Felder mit einem gleichen Feldeintrag.
Um dies zu vermeiden, macht man sich folgende Überlegung zunutze:
Dividiert man die beiden letzten magischen Quadrate durch ihre jeweiligen Hilfszahlen, so erhält man die beiden Quadrate
27 | ||||
7 | 1 | 12 | 7 | 27 |
11 | 8 | 6 | 2 | 27 |
5 | 10 | 3 | 9 | 27 |
4 | 8 | 6 | 9 | 27 |
27 | 27 | 27 | 27 | 27 |
und
31 | ||||
11 | 1 | 12 | 7 | 31 |
11 | 8 | 10 | 2 | 31 |
5 | 10 | 3 | 13 | 31 |
4 | 12 | 6 | 9 | 31 |
31 | 31 | 31 | 31 | 31 |
Das erste magische Quadrate besitzt als Summenzahl den Teiler x1 = 27, das zweite den Teiler x2 = 31.
Sollen jedoch in allen Feldern verschiedene Werte enthalten sein, so muss die Summenzahl eines magischen Quadrates (der Grösse 4 x 4) mindestens 34 sein. Dies bedeutet, daß die Hilfszahl für ein magisches Quadrat mit 16 verschiedenen Werten maximal [Summe/34] sein kann.
Um also zu einer vorgegebenen Summenzahl ein magisches Quadrat mit lauter verschiedenen Feldeinträgen zu entwickeln, kann das am Beginn dieser Folge angeführte Basisquadrat mit jeder natürlichen Zahl von 1 bis [Summe/34] multipliziert und anschließend mit Hilfe der Differenzen Summe − 20 ⋅ Hilfszahl, Summe − 21 ⋅ Hilfszahl, Summe − 18 ⋅ Hilfszahl sowie Summe − 19 ⋅ Hilfszahl erstellt werden.
Übrigens:
Legt man sich von vornherein auf eine bestimmte Hilfszahl fest, so führen genau die zwölf Summenwerte 22 ⋅ Hilfszahl, 23 ⋅ Hilfszahl, ... , 33 ⋅ Hilfszahl zu magischen Quadraten, bei denen mindestens zwei Felder einen gleichen Wert besitzen.
Für die in der Sendung "Wetten, dass ...?" verwendete Hilfszahl 4 096 lauten somit die zwölf "kritischen" Summenzahlen: 90 112, 94 208, 98 304, 102 400, 106 496, 110 592, 114 688, 118 784, 122 880, 126 976, 131 072 und 135 168.