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第47屆--民國96年

有限三角形拼磚問題

我們定義「lap k三角形」如下: 如果用 k 個全等的小三角形以「邊併邊」的方式拼合成一個大三角形;而且大三角形仍和小三角形「相似」的話,則稱「大三角形」為「lap k三角形」。 本篇報告研究的重點,是想利用「圖形拼合」的性質,建立一個尋找「lap k 三角形」,並證明其個數的方法。利用此方法改良原本用「方程式」證明的方法,並得出下面的結論: 一、簡化「lap 2三角形」只有1種(即等腰直角三角形)的證明。 二、簡化「lap 3三角形」只有1種(即30° - 60° - 90°的直角三角形)的證明。 三、首次證明出「lap 4三角形」的三角形只有3種,但拼法有4種。說明如下: 1.任意三角形(如下圖一)。 2.任意直角三角形(如下圖二)。 3.內角為30° - 60° - 90°的直角三角形,有兩種拼法(如下圖三、圖四)。

8╳8 棋盤路徑解之ㄧ般化推廣

1. 研究規則:在m×n 的格子中,任取一格A 當作「起點格」,在起點格上放一顆棋子,只能往「上」、往「右」、往「左下」的方向移動。2. 定義:若棋子從「起點格」,按照上述規則能不重複的通過所有m×n 格子到達某一「終點格」,則對於「起點格」而言,此移動路徑稱為m×n 的「有解路徑」,其任一「終點格」稱為「起點格」的「路徑解」。3. 我們先研究出「基本無解區」。4. 根據遊戲規則我們利用三種顏色將n × n方格塗滿,並判斷出大部分的「無解起點格」。5. 利用遊戲規則得到兩重要性質:(1)[可逆性性質] (2) [對稱性性質]6. 利用「廣義基本無解區」,當作我們[有效移動]的判斷,讓「有解路徑」快速的找出。7. 利用本研究所稱的「平移哈式鏈」,得到[擴充解]。8. 根據[有效移動]求出部分「路徑解」,再利用[可逆性性質]、 [擴充解] ,最後利用[對稱性性質]完成所有「路徑解」的尋找。

你倒沒?還是我倒楣

以生活中的小遊戲—疊疊樂為出發點,來討論在不同的情況下,積木所能堆疊的最大數目。有就是說,當我們將這些積木做水平移動時,在移動間距與堆疊個數間是否存在某些關係?以及,當我們將這些積木以固定頂點為軸,來做旋轉時,這些旋轉的角度與堆疊的個數又存在些什麼關係?甚至推廣到,面對不同的對稱幾何圖形以及質心位置非固定時(如:質心位於1/3處時),其關係又為何?

漁塭防寒控制系統

漁塭防寒控制系統的研究動機與目的,是為了解決漁塭因寒流而造成養殖魚類凍死暴斃的問題,幫助漁民減少寒害損失。為了解決這個問題,我們想到了可以利用上課所學的數位溫度計,改良成溫度感測控制電路,配合加熱器與抽水馬達,將加熱後的熱水輸送至水中來調節水溫,以防止水溫過低而造成養殖魚類凍死。數位溫度計是以溫度感測器AD590 感測溫度轉換成電壓,由ADC0804類比轉數位IC 轉換成數位資料,再透過單晶片8051的處理後,輸出至七段顯示器,顯示溫度。漁塭防寒控制系統的溫度感測控制電路,AD590 溫度轉換成電壓改為10mV/°K,減法器減去0℃對應之電壓值更改為2.732V,再放大10 倍,修改單晶片8051的處理程式,除了顯示溫度外,當溫度低於A℃時,啟動防寒控制系統;當溫度高於B℃時,關閉防寒控制系統。A℃與B℃視養殖魚類的不同,可加以調整設定。

推動快門的手

本研究研發一個可以定時按快門的小機器──推手一號。它能搭配數位相機達到長時間紀錄的效果。由於相機的拍攝位置不動,將拍到的照片在電腦上連續快速瀏覽時,會因視覺暫留原理,看起來好像是「影片」,對於紀錄微小變化有很大的幫助。同學們利用很簡單的材料和工具,搭配凸輪、調光器、馬達、齒輪組,親手打造自己的推手一號。製作期間歷經許多困難與失敗,他們一一想辦法克服、修正,終於達到原先的目標,並且實際應用它拍攝了一系列的照片。這些同學真正製作出一部成本低,卻非常實用的機器。

誰是不倒翁~探究房屋耐震程度

『工欲善其事、並先利其器』,在研究地震災害對建築物影響的過程中,發現無法模擬地震級數是我們的困擾,因此歷經兩年的研究時間,我們根據中央氣象局公佈的地震分級數,改良地震板。並以此改良設計過的地震板,探討「柱子強弱對房屋耐震程度之影響」、「地基深度對房屋耐震程度之影響」與「底面積形狀對房屋耐震程度之影響」,同時藉由地震板的設計模擬地震強度分級,進行相關耐震的實驗。從實驗結果中發現柱子越粗可使房屋耐震程度增加、高樓的底面積大、重力低、重量重且掌握對稱原則較不容易倒塌、建築的形式要方正簡單,連棟因為可互相的扶持,所以較一般的單棟建築物更為耐震。

巧算 24 點

將一副撲克牌中任意取出四張牌,以牌面數字為準,A代表1、2代表2、3代表3...J代表11、Q代表12、K代表13。以得到的四個數字任意排列作四則運算(加減乘除),不限定運算符號之運用次數,但每個數字僅能使用一次,以此來求出24。以系統的方法嘗試找出24點所有的組合,並尋求其規律,為我們的研究的主要目標。

L-轉換

「L-轉換」主要以三角形為基準,定義轉換方式為「頂點以其對邊作鏡射」,進而探討鏡射後的結果。首先以GSP 軟體作圖,初步發現任意三角形經過多次鏡射後會接近正三角形,接著以正三角形作為出發點,探究何種三角形經過變換後會成為正三角形,進而發現只有30°-75°-75°、60°-60°-60°、150°-15°-15°此三種等腰三角形三角形經過一次變換後會形成正三角形。進一步探討是否所有等腰三角形經過數次變換後皆會成為正三角形?我們利用解析方法證出等腰三角形經過多次鏡射後都會收斂至正三角形或「退化成一直線」。

不翼而飛~鋁箔小飛碟

暑假與爸媽觀賞「幽浮展覽」,會場中看到美國羅斯維爾飛碟墜毀事件的模型,對於飛碟飛行的現象更是好奇,在無法親眼目睹飛碟的飛行的情況下,我們嘗試不用螺旋槳,而改用其他方式來模擬飛碟上升的狀況。我們查了很多資料,發現有一個是利用鋁片藉由電磁爐上升的實驗,這薄薄的鋁片就如同神秘的飛碟一樣,緩緩升空。但是電磁爐產生的電磁波,對人體是有害的。所以必須檢測出電磁爐安全的距離與強度,在安全範圍的情況下,以固定的位置與高度,利用攝影機錄下遠處的實驗,再將影像以單槍放大顯示,以確保實驗安全與準確。同時,為了解釋本實驗的原理,我們也想出了一個自製的器材,可以讓我們一面觀察鋁箔上升現象,一面對照解說這個實驗。透過實驗發現,在電磁爐上的鋁箔紙,如果範圍在電磁爐的線圈內部,同時重量輕、表面完全沒有撕裂、純鋁箔材質,這樣飛起來的效果比較好。

展翅高飛--探討台灣十三種斑蝶翅膀特性

本實驗目的為測量台灣地區斑蝶科(Danaidae)蝴蝶翅膀的特性,進而探討其與飛行能力之相關性,以及紫斑蝶翅膀幻色的物理呈色原因。由結果得知,就前翅而言,面積大小及最大翅長兩者皆與風阻實驗中的速度呈現正相關;而翅膀展弦比及親疏水性則和其風阻實驗中的速度較無顯著的相關性。此外,幻色實驗中利用光學顯微鏡與掃描式電子顯微鏡得知斑蝶幻色的形成和其鱗片的細微結構與排列方式有密切相關。我們推論斑蝶的鱗片細微結構與排列皆會影響其幻色的形成,也可能造成風阻不同,而影響飛行的速度。