1. 分析数阵图结构并列出各条线和与重叠数的关系
将数字 2,3,4,5,6,7,8,9 填入 8 个圆圈中,这 8 个数字的总和为:
2+3+4+5+6+7+8+9=44
图中包含 1 条横行(共 4 个圆圈)和 2 条竖列(每列各 3 个圆圈)。设每行、每列的数字总和均为 S。
横行与两条竖列相交于中间两个水平排列的阴影圆圈,设这两个圆圈内的数字分别为 A 和 B。
在计算“1 行 + 2 列”的总和时,除交点处圆圈 A 和 B 各被计算了 2 次(多算 1 次)外,其余 6 个圆圈各被计算 1 次。因此:
3S=44+A+B
2. 确定4个阴影圆圈数字之和的理论上限
题目要求 4 个阴影圆圈中的数字之和的最大值。因为全部数字为 2 到 9,从中选出的任意 4 个不同数字之和至多为最大的 4 个数字之和:
6+7+8+9=30
若能构造出使这 4 个阴影圆圈恰好填入 6,7,8,9 的合法方案,则最大值必为 30。
3. 验证理论最大值30的可行性并给出具体填法
设 4 个阴影圆圈的数字集合为 {6,7,8,9},则 4 个白色圆圈的数字集合为 {2,3,4,5}。
由 3S=44+A+B 可知,44+A+B 必须是 3 的倍数,即 A+B≡1(mod3)。
在 {6,7,8,9} 中选取 A=6,B=7,则:
A+B=13⟹3S=44+13=57⟹S=19
剩下的两个阴影圆圈填入 C=8(在含 A 的列中)和 D=9(在含 B 的列中)。
计算各白色圆圈所需的数值:
- 横行两端的两个白色圆圈之和应为 S−(A+B)=19−13=6,可在 {2,3,4,5} 中选取 2 和 4(2+4=6);
- 含 A 的竖列中,白色圆圈的值为 S−(A+C)=19−(6+8)=5;
- 含 B 的竖列中,白色圆圈的值为 S−(B+D)=19−(7+9)=3。
此时四个白色圆圈的数字恰好为 2,4,5,3,与集合 {2,3,4,5} 完全吻合,且所有数字无重复。
因此,4 个阴影圆圈中数字之和的最大可能性值为 30。