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數學科

乾坤大挪移─數字華容道解題策略與數序關係之探究

本次研究重點於探討數字華容道玩家的共同困境、兩種解題策略適用性、數序相反對數與有無解的關係。綜合研究發現概要如下: 一、受試者無法解出每一列的最後一個數字排列。 二、四格解法適用性:3×3的數字華容道分為四個顏色的範圍,該範圍內的四格,只要使目標數字至特定位置(左半邊B、C,或右半邊C、B),就能解。 三、六格解法適用性:在目標六格範圍內移動,使每列最後的數字滑塊與前一個數字滑塊相鄰,即有解。 四、由3×3解題與六格解法過程中,初探一對數序相反無解。 五、由2×2數字華容道題型進行奇偶關係與有無解之證明,類推3×3、4×4數字華容道題型,皆符合奇數相反對數無解,偶數對數相反有解。

三角形西瓦線上的點到兩頂點的距離極值

我們推廣九十五年國中基測數學試題,給定三角形 ABC 與其西瓦線AD,在直線AD上取一動點P,分別討論四種函數 |PB-PC |、PB+PC、PB/PC 與PB×PC的數值變化,並求出四種函數的極大值與極小值,其中相除與相乘的難度很高。本研究特色是分別以雙曲線、橢圓、阿波羅尼奧斯圓、等腰梯形刻劃四種函數的極大(小)值,並特殊化到高、中線與角平分線。有趣的是,在三角形 ABC 的中線上滿足PB⁄PC 的極大(小)值點,是以 BC 為直徑的圓與中線的兩個交點,而角平分線上滿足 PB⁄PC 的極大(小)值點分別是內(旁)心。另外,角平分線上滿足PB×PC 的極小值點落在內心與角平分線截點的線段上。

解套─咱們的數學

上數學課時,老師教我們玩<河內之塔>、<虧格>,進階地玩<解套>又叫六子連芳。種類多勾起了好奇心,引發與師長、同學一系列的探討,看到了中國人的智慧、藝術和幽默感。

凹凸多邊形 n 等分切割之研究

此篇研究主要探討凹凸多邊形的面積切割,許多人認為凹多邊形的切割是天方夜譚,但不論是凸多邊形,還是大家避而不談的凹多邊形面積切割,我們都能一般性作圖,甚至嘗試過周邊上一點切割多凹多邊形。此外,我們參照文獻中退化成三邊形的做法,發現其實退化成四邊形即可進行切割,如此一來,便大幅減少繁瑣的作圖步驟。其中,最令人興奮的是,我們成功利用尺規作圖做過外部一點將凹、凸四邊形 n 等分切割,甚至能以一次性作圖將其面積分成 m:n 的面積比例!

翻轉正n邊形邊上點的猜想

本研究先在正n邊形邊上取任意點P、Q,將Q以P為中心旋轉正n 邊形內角度數θ得到Q’,P、Q進行移動,觀察Q’變化的關係與規律性;接續,將P、Q放在「複合正n邊形」進行探討。發現: 在某一範圍時,P、Q在正n邊形上移動時會形成特殊軌跡中空圖形,邊數分別為n與2n等兩類之多邊形,其邊長比一般化公式為l_1+l_2及l_1 、l_2;還有許多有趣的關係,像:1.軌跡圖形內角公式;2.當Q在頂點A上,移動P點,形成Q’之軌跡在「正n邊形外角平分線」上;3.Q在任意點上,則Q’之軌跡與對角線¯BD平行且等長…等,並證明之。 最後推出軌跡圖形參數式為 {xQ'=xP+rcos(θ水平夾角-θ) yQ'=yP+rsin(θ水平夾角-θ),其中tanθ水平夾角=(yQ-yP)/(xQ-xP ),r=√((yQ-yP)2+(xQ-xP)2),P(xP,yP )、Q(xQ,yQ )之通式詳見作品,結果可應用在掃地機器人及防盜系統上。

翻動『棋跡』

本文所探討的是給定一個 n×n 的棋盤及 n^2個兩面棋(一面為黑色,一面為白色),若規定其中一個棋子翻面時,則與此棋相鄰的所有棋子亦須跟著翻面,而我們想探討在此規定下的所有棋局是否皆可被翻成同一面。因此我們將每一個 n×n 的棋局對應到一個矩陣,且翻棋的過程則對應到矩陣二進位的加法。利用此思考模式我們可以將此遊戲問題轉換成是解聯立方程組與判別矩陣是否可逆的問題,最後並借助數學軟體 Mathematics 4求其解。

「碼」到成功

傳輸訊息時,可能因干擾造成誤差。在不複傳情況下,設定檢查碼檢測並校正誤差是個可行方法,而研究出好的檢查碼編碼方式則是我們的目標。 針對(n,k)線性區段碼X=(m1 m2 m3...mk c1 c2 c3...cn-k),一組訊息有n 個比次。前k 個向量為訊息比次,另外n-k 個為檢查比次,我們發展出三個較好的編碼方法:

Poker Traveler

台上魔術師的表演總是會讓人驚嘆不已,「天啊!」「怎麼可能?」「他怎麼做到的?」,這些驚呼聲代表了這些魔術手法的奇妙之處,然而,我們了解,任何魔術其實都只是障眼法,背後必定有其對應的原理存在,尤其越是看似公平公正或是不可能完成的遊戲,背後隠藏的原理常是超乎想像的單純。 在一次的土法煉鋼中,發現它們也是有規律的,我們試著了解這些牌的流向及收斂位置, 進而利用代數證明推導出老師所使用的手法,接著好奇心強大的我們又想到:如果27張分三堆呢?33張?39張?可想而知接下來就是一連串的研究與觀察結果

投射與圖形的變化

有一次,我們看到陽光照射在走廊圍牆時,發現圍牆的圓洞,隨陽光變換而有不同(圓的變成扁的),難道形狀和陽光有關嗎?它的影響是怎樣呢?我們結合圓形與比例的關係,動手做做看有那些變化。

公平分配遊戲

兩堆數目不一樣的糖果公平分配,每次移動時,都從數量多的那一堆拿出當下少數量那堆的個數,將其放到數量少的那堆,反覆進行此動作,最後兩堆糖果數目會相等嗎?移動了幾次才會相等?研究結果發現: 一、成功情行 (一) A+B=4n是成功的先決條件。 (二)當A+B≠2k,A+B=n×4(n為奇數)時,必定只有一組數對(3n,n)能成功。 (n為偶數)時,(A,B)必須符合(qa,qb)→q(a,b)才能成功。 二、移動次數 (一)A+B=2k A、B同為奇數,數對(2k -p,p)次數為k-1次。 A、B同為偶數 1、數對(2k -2m,2m)次數為k-1-m次。 2、數對(2k -2p,2p)次數為k-2次。 3、數對(2k -2p,2p)次數為k-3次。 (二)A+B≠2k,A+B=n×4 (n為奇數)時,次數為1次。 (n為偶數)時,(A,B)必須符合(qa,qb)→q(a,b),次數與(a,b)相同。