全國中小學科展

給我三個點 來畫平行多邊形

科展類別

臺灣國際科展作品

屆次

2012年

科別

數學

得獎情形

四等獎

學校名稱

國立彰化高級中學

指導老師

蔡其南

作者

蘇智彥

關鍵字

軸對稱,遞迴,線性組合

摘要或動機

任意給定不共線相異三點A1、A2、A3,想要利用邊與其對應對角線平行的方式依序作得A4、A5、…、Am,並且再作Am+1、Am+2、Am+3重合於三點A1、A2、A3,這是一件不簡單的事!我們把這樣的多邊形稱之為平行多邊形。 為了方便探討,首先固定邊與其對應對角線長度比值固定為 1t,在複數平面上,寫成遞迴式zn+3-zn=t(zn+2-zn+1),可求得zn=pαn+qβn+s,以此可以作出任意平行m邊形,並證明平行m邊形會內接於一橢圓或圓。 其次,探討邊與其對應對角線長度比值不為定值的平行m邊形。我們求得圓內接平行m邊形,邊與其對應對角線長度比值:若m為偶數,則比值為1-cot2πmcotα1+cot2πmcotα 及cotαsin4πm-cos4πmcotα;若m為奇數,則只有2cos2kπm+1一種比例。接著將任意給定的三點對直線作伸縮變換成特定的共圓狀態,作出圓內接平行m邊形的m個頂點,再反變換回平行m邊形。 對於順序三點已有解決方式,我們再利用線性組合的性質,使任意三點只要給定邊數、不共線三點之序數及其值,便可以利用zn=pβn+qβn+s和zn=pβknαtn+qβknαtn+s兩式分別求出等比例和不等比例的平行多邊形。 最後,探討橢圓內接面積最大的m邊形必為邊與其對應對角線長度比值固定的平行m邊形。

給我三個點 來畫平行多邊形

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