全國中小學科展

高級中等學校組

錐尋格點-利用高階線性遞迴數列解有心錐線上的格子點之探討

在坐標平面上, 坐標均為整數的點稱為格子點,本文的研究是探討有心錐線(含圓、橢圓、雙曲線)上的格子點問題。 首先探討科學研習月刊中的一道數論問題:「你可以找到多少組正整數對 ,讓 的平方減5是 的倍數, 的平方減5是 的倍數?」,特別感興趣於滿足上述條件的生成下一組解,此解可由盧卡斯數列的相鄰奇數項觀察出來,於是我們嘗試推廣至一般齊次線性遞迴數列的情形。進一步探討生成下一組解的遞迴關係、建構有心錐線方程式、此方程式有解的數論性質及計數格子點的個數。若由上述方式推導橢圓,在判斷數論性質上有難度,最後我們利用二次剩餘及歐拉-費馬定理來克服橢圓上的格子點問題。

慧眼「識」人:戴口罩對人臉評價和情緒辨識的影響研究

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情爆發後,口罩成為人民生活中不可或缺的一部分。口罩防止病毒傳播,但也遮掩住大部分的人臉訊息,對人際互動交流造成影響。本研究探討了口罩對人臉評價和情緒辨識的影響。從研究數據發現:評價人臉時,人們會以完美標準補齊缺失的訊息,並傾向給予戴口罩照片的人臉更高評價;辨識情緒時,人們會由臉部開始尋找辨識線索,若臉部線索不足,便會繼續往其它區域追尋。而人臉訊息或聲音訊息僅需其中之一即可以讓人成功辨識情緒;若兩者兼得,辨識的正確率會更加提升;若兩者兼缺,辨識的正確率會顯著下降。本研究探索了口罩對人際互動交流的影響,並對後續相關議題的研究帶來啟發。

疫情之下的學習—探討ChatGPT對於高中學生數學混成學 習成效與學習參與度之影響

本研究首先透過自行設計之數學混成學習挑戰問卷,了解臺灣學生認為數學混成學習效果的成因,並以此為基礎開發出數學混成學習智慧輔助教具。本研究開發之教具整合人工智慧聊天機器人ChatGPT與通訊軟體LINE,讓學習者在進行數學混成學習時可及時解決疑惑。最終,透過準實驗設計,驗證該教具的介入是否對於學習者在數學混成學習中有正向的幫助。結果表明將該教具導入於數學混成學習中可以有效提升學生的學習成效以及課堂的參與度。學生在課堂中學習效果不佳的原因多與遇到問題無法及時得到幫助而導致的課堂低參與度有關,此教具有助於對上述問題產生正面影響,並為混成學習提供啟示。

照明設備故障自動修護系統

地球自轉一周,需要24小時,因此地球一面處於白天,另一面則是夜晚,從外太空看地球越先進的國家的夜晚,燈火通明點亮整個城市。當愛迪生發明第一個燈泡時,讓世界夜晝變白晝,照明設備的演進,也照亮人類的文明,各式照明設備有相對的使用壽命,當路燈或照明設備故障時,需要專業維修人員或水電師傅進行更換,有時也讓照明設備久久未能即時修護。本作品設計概念,用於路燈或照明設備,路燈發生故障不亮時,系統偵測故障時並進行自動修護,將不亮的燈泡變成會亮的燈泡,達到即時修護的目的。作品以單晶片微電腦為主控制,LED驅動電路、霍爾電流感測器、使用Zigbee建構區域網路、步進馬達控制,結合IOT物聯網概念,設計具有故障自動修護及回報功能系統。

探究雲滴成長過程是否具潛在的規律

本研究以微觀與整體的視角忖度雲滴成長過程可能的性質,得出極為矛盾的臆測。而筆者閱覽相關文獻,發現此問題意識並無太多學者研討,決定參酌前人的方法,以水氣凝結於壓克力板的現象模擬大氣成雲滴過程,並以統計方法推論雲滴成長過程的性質。發現各個雲滴的成長機率雖不相同,可是整體的演變趨向穩定。希望本研究結果對於相關研究的學者有所助益。

找「重」點

此研究利用複數、向量及三角形的重心公式,去找出多邊形的重心性質與計算公式,並探討以任意三角形三邊作出之各種相似多邊形,連接對應頂點或重心後,所構成之三角形的重心與原三角形重心的關係;再討論以此任意三角形三邊作出之正 邊形,連接相近的頂點(異於原三角形)與兩正 邊形的邊構成之三角形,其邊上依固定比例作出的點相連後的三角形之重心以及其重心相連三角形之重心,兩者與原三角形重心的關係;最後再用不同的切三塊方式,處理連接各區塊重心所得的三角形,其重心相連三角形之重心與原三角形重心的關係。

臺灣紅樹林與鹽沼土壤碳封存能力差異:以新竹新豐地區與臺中高美溼地為例

本研究以臺灣新竹縣的新豐紅樹林與臺中市的高美溼地,分別作為臺灣紅樹林與鹽沼的代表。經過元素分析、粒徑分析及密度分析之後,比較臺灣紅樹林與鹽沼兩個藍碳系統的碳封存能力差異及和國外相關研究間的差異性。本研究發現,採樣地距海越近,有機碳佔底土比例越高;粒徑較小的沉積物顆粒,較可能儲存更多有機碳;並藉此得出了藍碳相關研究受地理環境影響很大的結論。各採樣地樣本的活性有機碳(LOC)比例多大於難降解有機碳(ROC)比例,可能是由於臺灣的藍碳系統缺乏河川穩定供應有機物,又受到年齡與氣候條件的影響,其中儲存的ROC在總有機碳(TOC)中所占的比例不高,因此不適合長期儲存有機碳,卻很可能在幾十年內快速形成一個新的碳匯系統。

高粱酒糟應用於零換水養殖之效益評估

探討高粱酒糟作為零換水養殖補充碳源之效益,共分為三個部分。 一、正式實驗(一) A(魚溶漿+糖蜜C/N=15)、B(酒糟萃取液C/N=35.44)、C(魚溶漿+酒糟萃取液C/N=15)3組在氨-氮、亞硝酸-氮皆表現出清除能力,其中B組的生物絮團沉積量最多。 二、正式實驗(二) B組(酒糟萃取液C/N=15)在增重量、增重率、飼料效率上都有最好的表現,在肥滿度、肝體比、臟體比和腹腔脂肪比上也有最高表現;與C組(糖蜜C/N=15)無顯著差異。 三、正式實驗(三) 結果顯示,較大水體中的紅尼羅亞成魚能夠正常生長,其成長與飼料效率甚至較實驗(二)之魚苗更佳。 高粱酒糟作為零換水養殖中培養生物絮團補充碳源,具有促進生長、穩定水質的優良效果,且有價格低廉的優勢,極具推廣價值。

圓緣相連-關於忍者通道性質的探討

本作品由2023年IMO的第五題出發,希望探索在忍者通道中的其他性質,首先思考改變每排中放入的球數並觀察規律,進而推廣到三維圓圈塔中的性質,最後使用hyper cube(超立方體 的情況進行一般化的推廣與構造的優化,完成最小值問題的求解另外也對於特例部分探索解的總數。

偏心馬達振動對物體運動速度之影響

本研究探討振動體運動。調控馬達轉速帶動離心錘旋轉。閃頻同步測量轉動頻率,並追蹤軟體分析運動軌跡,各頻率下平移速度。 離心錘逆時針旋轉高於24Hz開始運動,移動速率與旋轉頻率關係:理論值26~47Hz轉一圈向右移動,47~56Hz轉兩圈向左,56~65Hz轉三圈向右,並以起跳至著地空中時段,合力向右或左比例,分析運動方向。 力圖分析列出水平驅動力、正向力、摩擦力等時間函數建構理論模型。由Desmos 軟體計算水平移動速率,藉頻率調控正向力、摩擦力,計算得各頻率下振動體速度,進行理論與實驗比對後,幾乎完全吻合,驗證此理論模型正確性。 安裝加速規得垂直加速度與時間關係,類似鋸齒波與正弦組合,似乎可由振動體底座為具彈性珍珠板加以解釋。