Every semi-magic square of order $n$ satisfies the axial moment identities $\sum_{i,j}s_{ij}j^m=\sum_{i,j}s_{ij}i^m=M(n)\sum_jj^m$ for all $m\ge1$, where $M(n)=n(n^2+1)/2$. For real matrices the converse requires $1\le m\le n-1$, whereas for arrangements of $\{1,\dots,n^2\}$ fewer moments suffice once $n\ge14$. We define the permutation threshold $k^*(n)$ as the least $k$ such that every arrangement satisfying these identities for $1\le m\le k$ is semi-magic. In terms of the column-sum deviations $γ_j$, the degree-$k$ conditions state that $\sum_jγ_jt^j$ is divisible by $(t-1)^{k+1}$, linking $k^*(n)$ to the Prouhet--Tarry--Escott problem. While Schur's bound on real zeros gives $k^*(n)\le\sqrt{2(n-1)\log(n^4/4)}$, we prove the converse realisability bound $k^*(n)\ge(\sqrt2-o(1))\sqrt n$ (and $k^*(n)\ge(\sqrt6-o(1))\sqrt n$ when $4\mid n$) by perturbing semi-magic squares with complementary row pairs via horizontal swaps. We also show that $k^*(n)=n-1$ for $3\le n\le13$, $k^*(n)=n-2$ for $14\le n\le17$, and $k^*(n)\le n-3$ for $n\ge18$, and determine $k^*(n)$ for $18\le n\le40$ with computer assistance. Finally, at the $k=1$ level of the hierarchy, we specialise the Mantel--Hubert quadratic assignment variance formula to obtain exact means, variances, and limit laws under a uniform random arrangement for the full line-sum energy $E_{\mathrm{full}}$, for the four-term energy $E_4$ combining the first moments and the two diagonals, and for Loly's moment of inertia, and find that $|L_4|=14{,}639{,}440$ arrangements of order $4$ satisfy $E_4=0$.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

大模型5个公式化讲解,附视频与Slides
专知会员服务
40+阅读 · 2024年2月6日
手写实现李航《统计学习方法》书中全部算法
专知会员服务
49+阅读 · 2020年8月2日
Fully-Convolutional Siamese Networks for Object Tracking论文笔记
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2018年10月12日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
从点到线:逻辑回归到条件随机场
夕小瑶的卖萌屋
15+阅读 · 2017年7月22日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《美空军2026条令文件:对海压制作战》
专知会员服务
11+阅读 · 11月9日
人工智能与战争的未来
专知会员服务
5+阅读 · 11月8日
《Agent Mosaic:识别智能体LLM系统中的机密泄露》
人工智能在军事教育中的应用:若干视角与经验
“星链”减速与不断适应的乌克兰
专知会员服务
7+阅读 · 11月6日
美国中期选举之后:帕兰提尔面临不确定性?
专知会员服务
4+阅读 · 11月6日
相关VIP内容
大模型5个公式化讲解,附视频与Slides
专知会员服务
40+阅读 · 2024年2月6日
手写实现李航《统计学习方法》书中全部算法
专知会员服务
49+阅读 · 2020年8月2日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员