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數學科

漩渦鳴人-n 次方和黑洞的探討

本研究主要是研究將任意一個數字的每個位數數字分別求一次方和、二次方和、三次方和、……,觀察其是否具有特殊的性質。我們得出以下的結論: 一、任意一個數字經過數次求一次方和(即數字和)的動作後,一定會得到「1」、「2」、「3」、…、「9」等9 個數的其中一個數。 二、任意一個數字經過數次求二次方和的動作後,一定會得到「1」或者落到「16→37→58→89→145→42→20→4→16」的循環中。 三、任意一個數字經過數次求三次方和的動作後,一定會得到「1」、「153」、「370」、「371」、「407」或落到「136→244→136」、「1459→991→1459」、「217→352→160→217」、「133→55→250→133」的循環中。 四、四次方和至十二次方和的上界 1.任意數字經過數次求四次方和的上界為22605。 2.任意數字經過數次求五次方和的上界為295246。 3.任意數字經過數次求六次方和的上界為3188710。 4.任意數字經過數次求七次方和的上界為33480911。 5.任意數字經過數次求八次方和的上界為344374024。 6.任意數字經過數次求九次方和的上界為3486784913。 7.任意數字經過數次求十次方和的上界為34867845034。 8.任意數字經過數次求十一次方和的上界為345191657747。 9.任意數字經過數次求十二次方和的上界為3389154441868。 五、m次方和的上界:任意數字的m次方和的上界為m×9m + bm,其中b 為介於1 至9 的整數 。

神奇驗算法再探

去年我們經過一連串的探索,解開了神奇驗算法驗算的謎底,原來是利用等式兩邊除以9 會有相同的餘數的原理來進行簡易驗算的!我們很好奇是否還有比9 還厲害的數字可以幫助驗算,原來不只是「9」可以用來快速驗算,其實每一個數字都可以,只是在轉化的過程有的比較方便有的複雜,而且不是所有的數都可以找到轉化的原則,就不是很方便計算。經過這些探索,我們發現「11」驗算的準確度比「9」高,能克服9 不能檢驗出對位錯誤的困難,而且轉化也很方便,所以我們建議改用11 的方式來進行「超級」神奇驗算。

多邊形上某類均衡點位置性質研究

在一個廣場的邊界上有許多家流動攤販(動點),假設顧客均勻分布在廣場內,而顧客只因與攤販位置距離的遠近決定消費行為,所有攤販皆想盡一切辦法獲得最多的客源,我們討論當攤販在廣場上移動時,在哪個位置能找到其獲利之局部最大值,若每家攤販獲利皆在局部最大值的位置時,向兩旁移動獲利皆不會增加,故不會選擇移動,稱之為"均衡"。 本篇報告討論各種不同的形狀的廣場下均衡點位置問題,成功地做出了多邊形、圓形、橢圓形等平面圖形的均衡點結論,以及最後給出至簡單封閉凸形的解決想法,並在多邊形的情況中,成功證明出均衡點的存在性以及唯一性。

花博將現,公車暢遊臺中大發現!

起因於一次想搭公車回家的經驗,卻問不到可以返家的路線,在一切只能依賴網路、手機等3C用品來解決問題外,似乎很難找到一條回家的公車路線。 為了有效應用大眾運輸交通工具,搭乘公車需要更好的查詢和規畫用品,因此我們嚐試製作出一張圖來了解臺中市公車連接的情形,再運用代碼的方式整理出一份表格,用來確認起點和目的地,藉由同停靠站視為等值的想法進行站間的換算,用以規畫出一條真正可以實施的公車路線。 本研究除了提供一個公車路線規畫工具外,仍有許多值得及可改善之處,因此文末除了說明應用的方式,更提出幾項改善的想法,以讓工具的應用更佳便利,符合並接近生活的情境。

數學界的虛實整合(利用3D列印創新萬花呎之研究)

我們從圓繞圓的萬花尺出發,先熟練傳統萬花尺的數學原理,並自製一些特殊的狀態,例如畫橢圓的萬花尺等。接著是圓繞橢圓,這部分要注意橢圓的周長要改以齒數對應到內圓的周長齒數。另外我們延伸出兩個主題,橢圓繞圓、橢圓繞橢圓,這兩種一定要結合我們學校的3D列印設備創作新的萬花尺模型,並進一步的推導橢圓繞圓和橢圓繞橢圓的擺線方程式,最後我們也歸納出筆插位置不同、起始點不同所畫出的圖形差異。

中華民國第三十四屆中小學科學展覽-數學科評語

一、本年度高中數學參展作品不僅件數增加且品質都很整齊,應該是各高中老師鼓勵學生參加得成效,也可見到透過科展活動提昇高中生對研究數學興趣的效果。 二、往年參展的數學作品,國中學生部分一直是最弱的,今年國中學生作品的品質有顯著的提高。 三、高小數學參展作品今年呈現兩極化,且部分作品可發現指導老師過份參與的現象。 四、數學科作品對於參考資料的引用大部分都未能很恰當的引用,建議應加強此部份。

等不到車?載不到人?

針對一般人在等公車時,常會遇到的問題:1.等很久都等不到車;2.雖然車來了,可是卻同時來兩、三班車。這樣的情況下,一方面浪費許多乘客的時間;另一方面也顯得客運公司的營運沒有效率。因此我們將公車發車的間隔時間、乘客上下車所花費的時間、前後兩班公車到達同一候車站的間隔時間、每班公車在各個候車站可能上下車的人數……等設為變數,推導出公車在路線上行進的規律式,利用Microsoft Excel 應用軟體計算出公車最可能集結的地點,進而發展出客運公司及乘客解決問題的策略。

Shoot!圓錐曲線神射手

本研究主要提出新的圓錐曲線製造方法。首先,若B0B1B2B3B4為三梯五點形,則其頂點必落在一拋物線Γ上,且B0、B1、B2、B3、B4也會落在與拋物線Γ的軸平行的五條等距平行線上,當固定其中四點而改變其中一點在平行線上的位置時,則會出現橢圓、雙曲線、二相交直線與二平行直線。第二,由一個點列l(Ak)k=14 往平面上一點B0投射,滿足→BkB0=k→B0Ak得Bk,k=1,2,3,4,依→A1A2:→A2A3:→A3A4的不同比例,{Bk}k=04會落於不同二次曲線上。第三,我們分別分類兩個線束基線夾角與線束中心在平面上的相對位置、兩個基圓上點與點的角度與圓心的相對位置,用以製造各式的二次曲線。最後,我們定義了三個線束特定的對應方式,得到六個對應點共橢圓的性質。未來,我們希望能探討更多個線束的對應結果。

回光返照-具有光學性質的曲線和曲面

光射向光滑平面會遵從反射定律,入射角等於反射角。在數學課中我們學到,圓錐曲線具有光學性質---將光從圓錐曲線的任一焦點射出,至曲線上反射,反射線或其延長線必通過另一個焦點。根據高一建立起來的邏輯觀念,我們不禁好奇,這個命題是否滿足充要條件?除了圓錐曲線外,平面上還有其他曲線具有「光學性質」嗎?推廣至空間中,具有光學性質的曲面又有哪些?再推廣至 N 維空間中,又有怎樣的結果?本文將利用極座標、球面座標及簡單的微分討論以上的疑問,發現結論非常符合我們的預期---平面上具有「光學性質」的曲線為圓錐曲線(含圓及直線),而空間中具有「光學性質」的曲面則為旋轉圓錐曲面(含平面、球面),而這個結論在 N 維空間中亦成立。

先左腳再右腳

本文將斐波納契數列中可無限繁殖的兔子改成加上繁殖一定數量後,母兔會死亡的變因,這形成了新的Di數列,Di數列和盧卡斯數列一樣具有斐氏數列的核心概念,不過比起盧卡斯數列和斐氏數列的線性關係來說,Di數列和斐氏數列有著更複雜的非線性關係。本文利用作者獨創的『自走砲車,交互運算』模式建立了各Di數列和斐氏數列之間的關係式,並經由各Di數列及Ci修正值數列間的比較,找到一個相較起來較為精簡的公式,利用這精簡的公式可迅速的從F(巨大項)的值算出F(兩倍巨大項)的值,遠遠縮短了從前計算F(兩倍巨大項)之值的時間。註:Di表示一隻兔子繁殖i次後死亡。Ci表示各Di與F之交互運算式之修正值。