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「餘」霞成綺----利用組合數探討 Stirling Number of the Second Kind Triangle Fractal 與質數同餘性質

本研究旨在利用組合數來分析第二類斯特靈數在模質數下的性質。研究分為五階段:第一階段我們參考O-Yeat Chan等人的論文,並改良了其證明過程,得到一個同餘組合數。第二階段利用第一階段的奇偶性定理發現(3n n)與𝑆(2𝑛,𝑛)同餘mod2並改良論文證明,使得證明更易推廣。第三階段我們更推廣到更一般的結論:滿足𝑆(𝑝𝑛, 𝑛)≡(p'n n)(𝑚𝑜𝑑2)時,p與p'是線性關係。第四階段與第五階段繪製熱圖時,我們發現圖中存在謝爾賓斯基三角形,對此進行了研究,並成功證明斯特靈數三角形在模2與模3下具有碎形結構與謝爾賓斯基三角形,這是文獻中都沒有探討過的。

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來電不來電

本作啟發自線上的影片「Can you solve the giant iron riddle?」,內容是在有外觀無法辨認的4顆有電與4個沒電的電池中,在一次只能取2顆電池測試的限制下,以最少的次數找到2顆有電電池的方法,結論是以分組的方式進行測試會有較佳的結果。本作先驗證影片的方法有效後再進行推廣,得到找出2顆有電電池較佳的方法為分組法或直接取法。再嘗試推廣至取3顆電池的情形,發現除了分組法與直接取法外,還可使用「X2Y1循環檢查法」。最後改良「X2Y1循環檢查法」後,不但可以有系統地測試所有可能的情形以外,能更有效地減少測試次數,提高尋找有電電池組的效率。

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形心與多個外接圓建構的幾何性質

2023年9月數學雜誌《Crux Mathematicorum》刊登有趣的三角形內心的幾何問題,我們先證明了原命題的長度性質,再創新刻劃出有趣的面積不變量。隨後將內心推廣到旁心、垂心與外心的建構,並且證明僅此四心的建構下才有長度與面積不變量。值得一提的是,除了前述的定量項目外,我們也發現四種建構下的三線共點之定性性質,同時刻劃四種建構的關聯性是漂亮的等角結構,這是本研究亮點。推廣到多邊形,我們發現本質的幾何結構為截線的角平分線性質(內心與旁心的結合),從而將此問題轉換成一般性問題,並給出了豐富的等長、等角、等面積之性質,以及連線多邊形恆為圓外切多邊形。

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