全國中小學科展

高級中等學校組

連續三角形的延伸圖形問題

當兩個三角形的三個對應頂點的連線共點時,這兩個三角形的對應邊延伸出來的三交點會共線,這是笛沙格定理。若是對應頂點的連線不共點的情況,那麼延伸出來的三交點便不會共線,而是形成一個三角形。 本篇研究探討「對應頂點連線不共點」的「連續相似三角形」,根據愛可爾斯定理,可以方便的利用點對稱作出其他相似三角形。經過畫圖發現這些連續的相似三角形,相鄰兩兩一組作「延伸三角形」,這些延伸三角形會互相相似,而這樣的性質可以推廣到任意兩兩一組的情況。接著將連續相似三角形的性質再推廣,讓對應頂點不必共線,而是對應頂點距離比相等,仍然具有延伸三角形相似的性質。另外也發現了一些關於延伸三角形頂點的共曲線性質。

n邊形作內接相似於某m邊形的作法

對於三角形內接三角形的問題,本文給出在任意三角形中內接相似於某標的三角形之子三角形作法,並發現這無限多個子三角形都繞同一個中心旋轉及伸縮,所以接下來證明旋伸中心的存在及找到它的方法,並研究出與它有關的諸多性質。然後為將問題延伸到一般的情況,依序研究n邊形內接相似於某標的三角形、n邊形內接相似於某標的m邊形的作法與解法數討論。最後發展到在m條直線上取點作相似於與某標的m邊形的子m邊形作法。

Cheerios Effect 水面上微小浮體運動的影響

本實驗探討浮體在水面上聚集、吸引的現象,由測量運動討論其運動過程中所受各種力的變化。 討論兩球體吸引的模型,由位移與時間關係圖推測模型,發現其運動與時間接近指數變化,但後段卻有x2與時間t的線性關係。因此可推測其後段模型中阻力與速率成正比。 接著改以密度>1的圖釘,討論其運動與水面上凸高度之關係。發現除了速率與位移有對數關係外,其對數係數也與高度成正比。經由實驗,與容器壁的吸引運動可寫成與相吸運動類似的方程,再利用鏡像法加上修正項得出臨界距離。並由實驗得平均密度與受力的關係,以及表面張力與受力的關係。 未來將探討油滴在水面上的運動,進而發想不同的汙染物於水面上的聚集。

利用毛細管型可攜式液晶免疫分析法檢測水溶液中的牛抗體

本研究是利用液晶的光學紋理圖像,測量水溶液中牛抗體的存在。我們先以HSA做為實驗的基礎,來了解此液晶感測系統的特性,以及測量一些基本數據之後,再將此系統進行檢測牛抗體的研究,由於液晶容易受到周圍環境的變化而改變其排列方式,而其光學訊號也會隨之改變,若溶液中的牛抗體濃度達一定程度,即會產生特定的光學訊號,我們在本研究中使用毛細管作為觀察的基板,藉此成為便於觀察的感測系統。

手勢密碼鎖

本研究目地是要以光敏電阻對光感的反應來代替一般的常見的鑰匙及感應卡,減少大眾平常需攜帶的解鎖物品。我們利用了我們的專業搭配了電子學、數位邏輯、Arduino的相關知識,而且我們使用偵測手的弧度製作出了兼具防盜、新潮的新世代智慧解鎖器。經由實驗證實,本文所設計的產品能正確的判斷出密碼的成功率達九成,並能成功的防止宵小的入侵。

智慧安全帽

酒後騎乘摩托車是台灣最大的安全問題,因為台灣與其他國家相比,機車數量較其他國家多,酒後騎車案件數也逐年增加,往往因為交際應酬或生活壓力而喝酒,喝酒後意識不清,造成嗜睡或意識模糊等情況,讓酒駕騎士不知道自己在做什麼?因而造成車禍或是種種意外,不僅害了自己也可能傷害到其他人,106年1至11月酒駕肇事就有77人死亡,我們看到這個數字後感到非常震驚,因此讓我們想出更進一步的解決方法。

以人工智慧分析眼白影像和黃疸的關聯性

● 研究動機:黃疸為常見肝臟疾病表徵,對於偏鄉缺乏醫療的環境,民眾與醫師需有方便的篩檢設備。 ● 研究目的:利用眼部照片以多元迴歸方程式、深度學習,建構眼白顏色與黃疸程度的預測模型。 ● 研究設備及器材:與中國醫藥大學合作,取得354張眼部照片與膽紅素值,利用Python撰寫程式進行人工智慧運算,及利用Excel 的迴歸工具進行多元迴歸方程式推導。 ● 研究過程:以程式擷取眼白像素,進行多元迴歸分析並推導出預測方程式,同時進行深度學習,計算預測率,並以APP成現。 ● 研究結果:多元迴歸分析得預測率約為45.5%~57.8%,深度學習則可高達88.9%~99%。 ● 結論:我們成功以深度學習根據眼部照片預測黃疸的嚴重程度。

實現圖像敘述自動生成之中文化

目前市面上已經有不少產品應用到自然語言處理 (natural language processing, NLP) 的技術,例如聲音或是圖像標註,但是關於圖像標註的研究大部分是針對英文,因此我們想要進行中文的圖像標註研究。在本研究中,我們嘗試建構神經網路,並使用Microsoft COCO: Common Objects in Context 數據集訓練模型,並試著調整模型以達到較好的圖像標註效果。使用深度學習神經網路作為翻譯流程的工具,並嘗試配合各種不同的網路架構。為了能達到從序列到序列 (seq2seq) 的效果,我們的網路使用了編碼器 - 解碼器 (encoder-decoder) 的結構,編碼器的部分使用CNN,解碼器的部分使用RNN,這樣能有效地傳達序列並有較多種神經網路組合方式。

天涼了,呵口暖氣在掌心 ―探討吹氣、呵氣造成溫度差異的因素

本實驗為探討造成吹氣與呵氣溫度差異的主要因素。不論是呵氣還是吹氣,氣體同樣由體內排出,但天冷時我們會選擇呵氣在掌心,感受相比吹氣更溫暖。根據前人研究,溫度差主要來自於「氣體絕熱膨脹造成的溫度下降」和「白努利定律造成的氣流捲入」。本研究模擬人類呼吸系統,依照人體生理控制氣流的總量、流速、氣壓差、溫度和濕度。實驗結果顯示,絕熱膨脹效應和氣流捲入效應並非是影響溫度差異最大的原因。在本實驗中,絕熱膨脹混和白努利定律造成的影響,至多使吹氣與呵氣相差0.7℃,再加上水氣造成的效應可使吹氣與呵氣相差1.7℃。因此,我們推論水氣是造成吹氣與呵氣溫差的最主要原因。

「蜂」狂「白」「老」匯: Hex70a 蛋白作為蜜蜂長壽因子

蜂巢中,蜂后與工蜂雖同為雌蜂,但牠們的壽命存在極大差距,前者可存活至三~五年,後者平均最大壽命則約為三十天,造成此差異的主要原因正是蜂王乳(Royal Jelly)的食用:蜂后終其一生不斷地攝取蜂王乳,但工蜂僅有在其幼蟲期的前面三日有攝取蜂王乳。工蜂在食用蜂王乳後,體內蛋白質在表現量及種類上便可觀察到明顯的差異。 本研究觀察蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ;平均壽命約90~120天)、一般工蜂(Control)的體液及細胞全蛋白圖後,選擇大量存在、表現於蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ)體內Hex70a蛋白作為研究對象;同樣攝取蜂王乳的工蜂(RJ),經過RNAi操作抑制Hex70a基因表現的實驗組,其壽命較對照組是確實有減少的。