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Completeness theorem on order-8 Nasik magic cubes (1/3)
The proof of the theorem needs the following lemma on order-8 panmagic squares.
Lemma 1
Let (aij) be an order-8 panmagic square (normal or non-normal), where i and j are integers from 0 to 7,
then the sum of eight cells a00, a04, a22, a26, a40, a44, a62, and a66 equals to the magic constant.
The sum of eight cells a01, a05, a23, a27, a41, a45, a63, and a67 also does.
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
Proof
It is enough to prove the first feature only, because the second feature is reduced to the first one by shifting the first column to the last (the cube that the shift is applied to is still pandiagonal).
Let s be the magic constant.
The conditions of orthogonals provide the following equations:
(a00 + a01 + a02 + a03 + a04 + a05 + a06 + a07) +
(a20 + a21 + a22 + a23 + a24 + a25 + a26 + a27) +
(a40 + a41 + a42 + a43 + a44 + a45 + a46 + a47) +
(a60 + a61 + a62 + a63 + a64 + a65 + a66 + a67) = 4s, (1.1)
(a01 + a11 + a21 + a31 + a41 + a51 + a61 + a71) +
(a03 + a13 + a23 + a33 + a43 + a53 + a63 + a73) +
(a05 + a15 + a25 + a35 + a45 + a55 + a65 + a75) +
(a07 + a17 + a27 + a37 + a47 + a57 + a67 + a77) = 4s. (1.2)
Similarly, the conditions of (pan)diagonals provide the following equation:
(a00 + a11 + a22 + a33 + a44 + a55 + a66 + a77) +
(a20 + a31 + a42 + a53 + a64 + a75 + a06 + a17) +
(a40 + a51 + a62 + a73 + a04 + a15 + a26 + a37) +
(a60 + a71 + a02 + a13 + a24 + a35 + a46 + a57) = 4s. (1.3)
(1.1)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
(1.2)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
(1.3)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
By the calculation of ((1.1)-(1.2)+(1.3))/2, we get the following equation:
(a00 + a02 + a04 + a06) +
(a20 + a22 + a24 + a26) +
(a40 + a42 + a44 + a46) +
(a60 + a62 + a64 + a66) = 2s. (1.4)
(1.4)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
On the other hand, the conditions of (pan)diagonals provide the following equations:
(a00 + a11 + a22 + a33 + a44 + a55 + a66 + a77) +
(a40 + a51 + a62 + a73 + a04 + a15 + a26 + a37) = 2s, (1.5)
(a02 + a11 + a20 + a37 + a46 + a55 + a64 + a73) +
(a06 + a15 + a24 + a33 + a42 + a51 + a60 + a77) = 2s. (1.6)
(1.5)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
(1.6)
| a00 | a01 | a02 | a03 | a04 | a05 | a06 | a07 |
| a10 | a11 | a12 | a13 | a14 | a15 | a16 | a17 |
| a20 | a21 | a22 | a23 | a24 | a25 | a26 | a27 |
| a30 | a31 | a32 | a33 | a34 | a35 | a36 | a37 |
| a40 | a41 | a42 | a43 | a44 | a45 | a46 | a47 |
| a50 | a51 | a52 | a53 | a54 | a55 | a56 | a57 |
| a60 | a61 | a62 | a63 | a64 | a65 | a66 | a67 |
| a70 | a71 | a72 | a73 | a74 | a75 | a76 | a77 |
By the calculation of ((1.4)+(1.5)-(1.6)) / 2, we get the equation
a00 + a04 + a22 + a26 + a40 + a44 + a62 + a66 = s. Q.E.D.
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This page was last updated on October 1, 2007.
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