相傳18世紀時,普魯士國王腓特烈大帝要舉行一次盛大的閱兵典禮.當時腓特烈的軍隊有6個兵種,每個兵種又有6個軍階.腓特烈大帝命令他的閱兵司令:在每一個兵種、每一個軍階中各挑選一名軍官組成一個6行6列的36人方陣,使每一行、每一列中都有各兵種、各軍階的代表,既不準重復,也不能遺漏.這件事情看起來很好辦,不料命令傳達下去之后,根本無法執(zhí)行.閱兵司令接二連三地吹哨子,喊口令,排來排去,始終不能達到國王的要求.事后,國王對這件事情始終耿耿于懷,于是他就去請教當時歐洲一流的大數(shù)學家歐拉,希望歐拉能幫忙找到一個解決方案。
歐拉先從最簡單問題人手,排出一個當n=3(即有3個兵種、3個級別時的方陣,用A、B、C表示不同兵種,用a、b、c表示不同級別的軍官,如圖1所示.這個方陣的每行每列中A、B、c各有一個,a、b、c也各有—個,并且沒有遺漏和重復
然后,歐拉又排出了n=4、n=5的方陣,它們均滿足條件且都不重復,所以這樣的方陣就被稱為歐拉方陣。
可是對于n=6(即6個兵種,6個不同級別的軍官)的方陣,歐拉絞盡腦汁也沒有排出來.因為6是能被2整除而不能被4整除的數(shù),歐拉稱它們?yōu)榘肱紨?shù).于是歐拉猜想,由半偶數(shù)組成的方陣不存在.1782年歐拉在談論這個問題時說:“我已經(jīng)試驗研究了很多次,我確信不可能作出兩個六階的,并且對于10、14,……以及奇數(shù)2倍的階數(shù)都是不可能的.”歐拉認為:4n+2階的歐拉方陣是不存在的,這個結(jié)論被后人稱之為“歐拉方陣猜想”。
歐拉的關(guān)注引起了全世界數(shù)學家對這個難題的重視,為了研究方便,他們把上面的一個方陣拆分成兩個方陣來表示,這種由字母構(gòu)成的方陣稱為拉丁方陣(圖2).若左右兩個拉丁方陣能疊合成一個歐拉方陣(如圖1),則稱這兩個拉丁方陣是互為正交的.若能證明n是半偶數(shù)時,不存在正交的拉丁方陣,就相當于證明歐拉的猜想是正確的。
由于構(gòu)造正交拉丁方陣非常困難,數(shù)學家們對歐拉方陣猜想的研究進展也很慢.直到1910年,法國數(shù)學家加斯頓·塔里在他的兄弟赫伯特.塔里的幫助下,列出了全部的六階拉丁方陣,驗證了它們當中任意兩個都是不正交的,從而證實了n=6時歐拉猜想是正確的.但塔里兄弟沒有從理論上加以證明,這是一個很大的缺陷,而且隨著階數(shù)增大,列出全部拉丁方陣的方法也不可取,即使列出全部拉丁方陣,要驗證每兩個是否正交就更加困難。
1959年4月,印度數(shù)學家玻色和斯里克漢德構(gòu)造了兩個22階正交拉丁方陣,從而否定了“歐拉方陣猜想”.不久后,他們又證明:除n=2、6、14、26外,n階歐拉方陣都是存在的.接著,美國數(shù)學家帕克又構(gòu)造出了14階與26階的歐拉方陣,至此,歐拉方陣猜想只對n=2、6成立,其余都是錯的.這個否定的結(jié)果是人們在180年的努力中未曾想到的。
類似這樣的方陣,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學實驗領(lǐng)域都有極其廣泛的應用,利用它能以較少的實驗次數(shù)獲得較好的結(jié)果,還能節(jié)省原料、改進配方等。