Abrakadabra

Werbung
Abrakadabra
In alten mathematischen Schriften, vor allem aus dem Orient, finden sich häufig
„Zaubereien“ mit Zahlen. In bestimmten Zusammenstellungen (Anordnungen) sollten sie
Glück bringen, Geister bannen, Götter besänftigen, Krankheiten heilen oder gar Gold
herstellen helfen. Abrakadabra, 3x schwarzer Kater! Den Hokuspokus von damals betrachten
wir heute als Unterhaltungsspiel. Wir halten nichts mehr von geheimnisvollen Kräften, die
von zahlenbeschriebenen Vierecken herrühren sollen. Der mystische Name allerdings ist
geblieben. Wer kennt sie nicht – die magischen (zauberhaften) Quadrate?
Eines der ältesten, vielleicht sogar das erste stammt aus China. Es enthält, quadratisch
angeordnet, die natürlichen Zahlen von 1-9 in folgender Verteilung:
4
9
2
3
5
7
8
1
6
Wie bei allen anderen Zauberquadraten besteht hier die vermeintliche Energie darin, dass
viele Wege zum Ziel führen. Beim Addieren erhält man in dem vorliegenden Fall ein und
dieselbe Summe auf 8 verschiedene Art und Weisen. Wie man die 3er Gruppe auch
zusammenzählt, waagrecht, senkrecht oder diagonal-, immer lautet das Ergebnis 15.
Eine besondere Bedeutung kommt in dem gegebenen Beispiel der Zahl im Zentrum zu.
Sie spielte im Altertum bei den Chinesen eine große Rolle, denn es existierten nach ihrer
Meinung von vielen Dingen genau eine „Handvoll“. Nämlich 5 Elemente (Erde, Holz, Feuer,
Metall, Wasser), 5 Himmelsrichtungen (Norden Süden, Osten, Westen, Zentrum), 5 Metalle
(Gold, Silber, Eisen, Kupfer, Blei), 5 Farben (rot, gelb, blau, weiß, schwarz), außer der Erde
noch 5 Planeten (Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn).
Eine Legende bezieht sich gar auf die Zahlen, die jene 9 Felder beim Durchnumerieren
erhalten, also:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Danach seien in einem altchinesischen „Tempel der Erleuchtung“ die Räume nach diesem
Muster angelegt und gezählt worden. Folgendermaßen habe man sie mit Thronen bestückt.
In dem Zimmer in der Mitte stand keiner. In den Zimmern mit weiblicher (gerader)
Zimmernummer jeweils 2, in denen mit männlicher (ungerader) Nummer dagegen stets nur
Vom Summenband zum Zauberquadrat
talente „Support vor Ort“
Abrakadabra S 1
einer. Zusammen waren es demnach 12, ein Dutzend, und mit dieser Zahl hatten die Weisen
im Tempel viel zu schaffen. Sie mussten unter anderem dafür sorgen, dass der Kalender die
Jahreszeiten richtig widerspiegelte. So stießen sie bei ihren Beobachtungen und
Berechnungen immer wieder auf das Dutzend: 12 gleiche Mondphasen (wie Neu- oder
Vollmond) gibt es in einem Jahr. Das führt zu 12 Monaten. Und 12 verschiedene Sternbilder
scheint die Sonne in dieser Zeit zu durchwandern (In Wirklichkeit „wandert“ die Erde.).
Werk von Albrecht Dürer: Melencolia I
Wer sich selbst als Magier versuchen möchte, der darf nicht wild drauflos probieren. Die
Mathematik hat ihre Gesetze. Danach muss die Längs-, Quer- und Diagonalsumme in einem
magischen 3er Quadrat mit den Zahlen 1-9 stets 15, in einer 4er Anordnung (1-16) immer 34
und in einer 5er Gruppierung (1-25) in jedem Fall 65 betragen. Das Warum ist nicht schwer
zu ergründen. Nach der Methode von Carl Friedrich Gauß lässt sich die Gesamtsumme aller
Zahlen in so einem Quadrat schnell errechnen. Davon entfällt dann auf eine Zeile, Spalte
oder Diagonale der entsprechende Bruchteil.
Also 1/3
bzw. 3/4
bzw. 1/5
Auf die oben angegebenen Teilsummen bezogen bedeutet das:
15= 45: 3
34= 136: 4
65= 325:5
Welche Summe erhält man dann, wenn man in einem 6er Quadrat die Zahlen einer Zeile,
Spalte oder Diagonale addiert?
Abrakadabra S 2
Vom Summenband zum Zauberquadrat
talente „Support vor Ort“
Aber die „richtige“ Mathematik arbeitet nicht mit Zahlenbeispielen. Sie verallgemeinert.
Wäre es nicht irreführend, wenn jemand behauptet, man müsse die Fläche eines Quadrats
ausrechnen, indem man die Maßzahl 4 mit sich selbst multipliziert? „Warum gerade 4,
warum nicht 5 oder 6?“ würden wir fragen. Also drückt man die Berechnung aller denkbaren
Fälle durch eine einzige Formel aus. Für unser Beispiel heißt sie A= a².
Versuchen wir nun das Geheimnis der magischen Quadrate auf die gleiche Weise, das heißt
durch die Verallgemeinerung aufzudecken. Wir setzen dabei voraus, dass die größte im
Quadrat vorkommende Zahl mit dessen Felderanzahl übereinstimmt, und nennen sie n.
Zum Beispiel: bei 25 Feldern größte Zahl = 25= n
Um zunächst die Gesamtsumme zu erhalten, addieren wir, wie Gauß, die erste und die letzte
(größte) Zahl. In der mathematischen Formelsprache kommen wir somit auf den Ausdruck
1+ n. Da es aber nun halb so viele Paare wie Einzelzahlen in diesem Bereich gibt, müssen wir
die gesuchte Gesamtsumme S so errechnen.
S= n/2 . (1+n)
Das ist genau die Formel, die den Gaußschen Trick bei der Summation der natürlichen Zahlen
von 1-100 wiedergibt. Dabei war n/2 = 50 und (1+n)= 101.
Jetzt brauchen wir nur noch einen verallgemeinernden Ausdruck für die Anzahl der Zeilen
und Spalten in einem magischen Quadrat dieser Art.
Multipliziert man die Zeilenzahl mit sich selbst, erhält man die Anzahl aller Felder = n.
Umgekehrt muss man die Quadratwurzel ziehen.
Beispiel:
25 Felder = n Anzahl der Zeilen/Spalten =
25 (sprich: Quadratwurzel aus 25) = 5 =
n.
Für die magische Summe, die für jedes derartige Quadrat zutrifft, ergibt sich daraus diese
Formel:
Summe einer Zeile/Spalte/ Diagonale = __n__ . ( n+1)
x
2
n
Auf ein 7er Quadrat angewandt, lautet die Rechnung:
S Z,S,D = _49_ . ( 49+1 ) = 49 _ . 50 = 7.25 = 175
x
2.7
14
Wie steht es aber um eine 2er
Welche Einschränkung ergibt sich für n?
Anordnung
mit
den
Zahlen
1-4?
Quelle: Kaden, F. (1985). Kleine Geschichte der Mathematik. Berlin: Kinderbuchverlag Berlin.
Bilder: http://de.wikipedia.org/wiki/Melencolia_I
Abrakadabra S 3
Vom Summenband zum Zauberquadrat
talente „Support vor Ort“
Herunterladen
Explore flashcards