全國中小學科展

雙圓繞行軌跡性質探討

科展類別

全國中小學科展作品

屆次

第64屆--民國113年

科別

數學科

學校名稱

國立新竹科學園區實驗高級中等學校

指導老師

韓敏峻

作者

盧亦恩

關鍵字

軌跡、週期、稠密

摘要或動機

本文探討雙圓軌跡繞行函數𝑆𝑎,𝑏,𝑟(𝑡)≔(cos 𝑎𝑡+𝑟cos 𝑏𝑡,sin 𝑎𝑡+𝑟sin 𝑏𝑡) 的圖形特徵及拓樸性質,利用GeoGebra繪圖觀察圖形模式,並使用微積分等分析學的手法進行證明。 本文主要分為兩個部分進行探討,分別研究變動𝑎,𝑏和變動𝑟造成的現象。第一部分關於𝑎,𝑏的討論發現當𝑎/𝑏為有理數時,圖形將有明顯的週期性結構,因此我們定義並討論此函數的代數週期及幾何週期。當𝑎/𝑏為無理數時,圖形將不再有週期結構,然而其圖形卻會在一環狀區域𝐷𝑟中稠密,並且圖形的補集也會在𝐷𝑟中稠密。第二部分關於𝑟的討論,發現當𝑟在某些特定值時,圖形將產生尖點,並且此尖點可作出通過原點的圖形切線。

050410.pdf

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