高中組

清華大學林哲雄教授曾經蒞臨本校演講，提到 1994 年 IMO 第 6 題曾被撤換，原題如下： 給定 n 堆銅板，允許採用下述規則來搬動：在每次搬動中，可任意選擇兩堆，從一推搬動一些銅板到另一堆，使得每次搬動後，另一堆的銅板數目增加一倍。 (一)試證：當 n = 3 時，經有限次搬動必可將 3 堆變 2 堆。 (二)當 n = 2 時，試找出兩堆銅板數的關係式，使得經過有限次搬動後，一定可以將 2 堆變成 1 堆的充要條件。 經過幾次的搬動後，我們對此問題產生濃厚的興趣。

運用二年級上學期所學過的「沉澱法」及二年級下學期的「滴定實驗」方法，對自來水中餘氯含量加以探討、測定，並加以整理，嘗試將理論知識化為實際應用，並透過不同的變因，對水中的氯進行更精準的了解，並於實驗後，以分析探討的方式加以彙集整理。

1.6 ×10-19 是一個極小的數字，而且一直到現在都還正確無誤，很好奇它到底是用什麼方法測得，剛好又在課本上看到簡略的介紹，覺得原理不難懂，又聽老師說這實驗不好做因為很難觀察。不過我卻發現油滴實驗在歐美國家的營隊活動裡是常出現的主題，但在台灣卻是高中碰不到的，所以便想一探這實驗的究竟，且希望能讓它變的普遍化。

三年前，在老師的指導下，以「n等分三角形面積」為題，參加了數學科展，並得到很好的名次，但在研究的過程中，卻發現了許多無該解決的問題，其中最重要的是何以有些點無法作出直線等分三角形，而在學過解析幾何，微積分後，遂欲利用這些工具解此問題。

在遞迴式an+2＝|an+1|－an中簡單的代入幾個值，發現有九個一循環的現象。在一番巧思之下，我們先證明：函數f1(x)分別為1及-1、f2(x)＝x，且fn+2(x)＝|fn+1(x)|－fn(x), ?n?N， f5(x)與f6(x)圖形對稱於x＝1/2，進一步證得遞迴式循環，再將初始值伸縮至a1, a2為任意實數值。解法固然令人拍案叫絕，但令我們深深著迷，決定投入大量心血在此研究的原因，乃是遞迴式an+2＝β|an+1|-an，當0＜β＜1時，點(an, an+1)構成遞迴圖形的種種現象。 我們大量使用了函數及圖形分析的方法，定義函數fβ(cosθ, sinθ)＝(sinθ, β|sinθ|-cosθ)，發現f (n)β皆為 ?連續函數；?一對一；?(cosθ, sinθ)逆時針旋轉時f (n)β(cosθ, sinθ)同樣逆時針旋轉。藉由上述的性質推得遞迴圖形?在角度上稠密；?形狀與初始值無關；?初始值的改變產生相似的遞迴圖形。 在研究過程中，發現β＝0.86的遞迴圖形有別於其他β值，有待未來，我們四人能一窺遞迴圖形的終極密碼。

我們的研究在探討各式函數圖形，什麼時候會與弦圍出最小面積，首先我們探討了圓錐曲線，這是分別利用代數、空間幾何、及平面幾何的方法來證明。在證明完圓錐曲線後，我們開始推廣探討各式函數是否皆適用，過程中也利用平面幾何的方法來嘗試證明，但其中會遇到反曲點、開口方向不同等等情況，於是我們再利用一些特殊方法解決了這些問題，也證明了在任意多項式函數圖形中，中點弦會與函數圖形圍出最小面積。

三年前的科學人雜誌曾看到一篇討論數獨初盤的文章─討論使一數獨有唯一解所需填進去的最小數目，結果是17個數字。因為數獨是最近才竄起的數字遊戲，所以能找的資料也很有限。後來便想到跟幻方(魔方陣)結合，試著找出對應關係。先鎖定較簡單的4×4數獨，為了讓數獨具備特殊性質(對角線上)，我們特別創造了”G數獨”─一組對角線上數字均不重複的數獨，使之在對角線上的和仍然與行列相同。利用幻方每行每列對4做模後為完全剩餘系之性質我們順利的找出一種變換方法，即在4×4G數獨固定一3×3方陣的四角，將固定角之相鄰元素互換可得一共軛數獨與原數獨以4:1及1:4比例構成X幻方。之後找到「井字變換法」亦可構成X幻方。原本想利用4×4G數獨的性質將9×9和16×16的情況解決，但用程式跑了一天還無法得到滿意的數據，因此我們開始懷疑9×9G數獨的存在性。於是我們利用Excel的自訂函式功能來找尋可能的變換法。最後，成功地找出一個廣義的變換法，其中仍是以兩共軛G數獨以1:n2及n2:1的比例製作X幻方。

設計可改變溫度的儀器，觀察本氏液與醣類的反應過程，提出“氧化亞銅顆粒”的模型說明定性觀察結果與定量的檢量線關係。當Cu2O的量愈來愈多，顆粒因晶體的成長或溶質粒子的締結、聚合，粒徑愈來愈大，溶液透光率變差，電阻上升，然後Cu2O顆粒成長到接近雷射光波長附近，產生繞射，光敏電阻接受到的光量不變，致使電阻值呈現水平滯留狀態，顆粒繼續變大後，繞射現象消失，大顆與多量Cu2O，使電阻又上升，最後電阻不再上升，且更大顆的Cu2O產生不規則散射，電阻與時間關係圖有棉絮化散開現象。並以此顆粒特性推導出反應速率與溫度、濃度定量關係，再將此檢量線應用於檢測葡萄糖的濃度。

在接觸到了驚人的BZ 反應後，我們開始著手研究相關實驗。首先，想藉由改變各種反應物的濃度，看看反應的結果會有什麼差別，並記錄下反應時間的平均差，以求出反應速率，並進而求得「速率定律式」，來了解反應的機制。另外，在一開始便想試試看，能否利用其他化學藥品取代原本的反應物，因為我們當然很希望能找到不同的顏色變化！此外，我們還由阿瑞尼士方程式求出log k 對1/T 的關係圖並求出活化能，驗證了阿瑞尼士方程式在振盪反應上應用的可行性。

為了要了解麵包蟲食用保利龍及 PE(保鮮膜)的情形，我們自 2006 年 2 月至 6 月做了以下的實驗，將自商家買來的麵包蟲分為四組，每組 40 克，各組分別餵食老鼠飼料、PS(保利龍)、PE(保鮮膜)，以及完全不餵食的對照組，每天中午紀錄其幼蟲重量，蛻變為蛹及蛹變為成蟲的情形，另外，也檢測其消化速率、消化道的 pH ?及糞便中的內含物。結果發現餵食保利龍及 PE 的消化時間較久，腸胃道的 pH 值也與吃老鼠飼料組的略為不同，較偏鹼性；在幼蟲的總重量方面，總重減少的情形類似對照組，顯示其應該無法自保利龍及 PE 中獲得攝食能量，而且在糞便的分析中發現，吃保利龍組的糞便中已無原來的保利龍，可見麵包蟲是可以消化掉保利龍，但如何消化？轉變為何物？則需進一步探討。