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數學科

「納」要怎麼贏?

市面上常看到琳瑯滿目的棋類遊戲,嚮往著自己也能夠創造出一個嶄新的可行遊戲,我們決定開始行動。 新遊戲規則: 1.使用使用四種不同形狀棋子,以不同排序來進行遊戲。 2.遊戲雙方各佔棋盤上的左右或上下方,盤中佈滿6×6個正六邊形,雙方輪流下一次棋子,誰先完成連接左右或上下方,就贏得此遊戲。 3.輪到的一方無法落棋即輸。 根據我們實驗結果,新遊戲有24種不同之變化排列,我們認為任何棋子排序皆能適用四種提升勝率的法則---預留法、空洞法、雙通道法、關鍵點法,不管是先手或後手在此遊戲規則下都是「公平條件」做競爭,每回的遊戲時間不冗長,讓不懂數學概念的人也可以輕鬆上手,所以我們認為這個新遊戲的創造是成功的。

怎樣分才公平三角形面積兩等分的尺規作圖

傳統尺規作圖除了明確的作法,更必須設法證明以強化其嚴謹性;本研究除了利用尺規作圖對「過一定點將三角形面積二等分」詳加探討外,並借重動態幾何軟體 GSP,藉由實測數據作直接驗證。

Sejfried定理在四邊形的推廣

本研究源自 Sejfried 與 Shelomovskii 於2012年提出的三角形與其內切圓的 Sejfried 定理。我們構造射影模型,從高觀點將 Sejfried 定理推廣至任意圓外切四邊形,研究結果獲得原作者的肯定!本研究發現為:(1)四邊形基礎 Sejfriedian 構圖之存在唯一性;(2)四邊形的 Sejfried 定理及其直觀圖形意義;(3)四邊形基礎 Sejfriedian 構圖中的八線共點性;(4)正多邊形的 Sejfried 定理及收斂性;(5)我們進一步以交比為參數,推廣出正則四邊形的 Sejfried 二次曲線族,發現該二次曲線族的兩個焦點與內切圓圓心、對角線交點,四點恆為「調和點列」。

骰子與棋盤

在一個 m×n 的方格棋盤中,用手將一顆邊長與棋盤一小格邊長相同的正立方體骰子,從棋盤左下角以骰子的一條稜為軸,沿著棋盤向右或向上翻入相鄰方格而滾動到棋盤的右上角。在每一次操作過程中,把骰子和棋盤接合那面的點數記錄下來並算其總和,求這些操作所得總和的最大值及最小值,並探討當發生最大值或最小值時,骰子位於起點的最初擺放面向為何。

積頂玄機

本研究主要在求證班上同學有關『正方體(形)頂點數字謎』之解是否為真,並進一步延伸探究本研究小組有關『母子正方體頂點數字關係之玄機』的猜測。這段研究期間要感謝老師辛苦的指導,希望我們用心完成的作品,能作為對這有興趣的同學參考依據。

那裡就是你

本研究主要是在探討平面上任一點對三角形三邊所在直線投影或反射後的點所連成的第一垂足(反射)三角形之性質,我們試圖對此垂足(反射)三角形作重複的動作,造出第二垂足(反射)三角形,如此反覆地進行下去,觀察它們與原三角形之間的關係,以及起始投影點的變化,並找出其規律。內容包括: 一、第一與第二垂足(反射)三角形是特殊三角形(等腰三角形、正三角形、直角三角形、相似三角形)時,起始投影點的所在位置。 二、歸納出第n垂足(反射)三角形的循環性、互換性與相似性。 研究過程中發現許多與本研究相關的著名幾何性質,如費馬點、布洛卡點、等動力點、阿波羅尼斯圓…等,也得到許多漂亮的性質,令人讚嘆古典幾何之美。

多邊形各邊分點與多邊形的關係

初看題目:「任給一個五邊形,標定五個邊的中點後,擦掉這個五邊形,請利用這五個中點,畫出原來的五邊形」,令人有無從下手的感覺。只好從三角形開始研究,想不到研究四邊形時,就發現有「無解」與「無限多解」的兩種情形。這時,反而提昇我們對這個題目的興趣,促使我們更進一步想要了解它的究竟。五邊形的研究所花的時間最長,當發現到可以結合三角形與四邊形的作圖方法,來解決五邊形的問題時,才有了突破性的進展。一直研究到八邊形後,一般性的結論自然就呈現了。上述的研究發展都是利用尺規作圖來完成,當多邊形的邊數愈多時,痛苦指數也愈增高,因為作圖誤差會隨著邊數增多而累加,在七邊形以上時,就快樂不起來了。雖然有正確的理論,實際操作上卻不容易掌握其精確性。何況把這些「中點」改成「分點」時,研究就觸礁了。經過老師指點,尺規作圖不容易精確,何不想辦法改用電腦來繪圖。可是要請電腦工作,自己得先把運算的公式找到,電腦才幫得上忙。我們先定義平面上兩點坐標的運算規則,推導出給定各邊「中點」求作n 邊形的公式後,也一併驗證了尺規作圖理論的正確性。接著企圖把「中點」改成「分點」時,公式推導就比較困難了,這需要十足的「細心」+「耐心」來計算導出,完成給定各邊「分點」求作n 邊形的公式後,「中點」公式就只是其中一個特殊情形罷了。電腦繪圖程式設計完成後,使我們對這項研究有更清楚的認識。當多邊形無限多解時,可藉著移動所求多邊形的「頂點」來觀察圖形的凹凸如何變動。當多邊形有唯一解時,也可藉著移動「分點」的位置,來觀察所求多邊形的圖形如何變化。甚至於多邊形無解時,也可請電腦計算,來改變分點位置,使多邊形有解。以上所述,我們都做到了。

百轉千迴繞曲線-費氏螺線推廣k階數列曲線之探討

二階實係數費氏遞迴關係,定義出費氏數列0,1,1,2,3,5,8,…。它表現了自然界生物的生長現象,並且具有許多有趣的性質: 1. 後前項極限比為黃金分割的比值,也稱為黃金比例。 2. 利用費氏數列的各項為邊作正方形,依序以逆時針排列,由0點出發,不斷在正方形內逆時針作出四分之一的圓弧,連結成一條螺線,稱為費氏螺線,這近似於鸚鵡螺的螺線。 本作品中,我們嘗試將上述二階遞迴關係推廣到一般k(>2)階實係數遞迴關係的情形。我們發現上述二個結果有各種變化,但萬變不離其宗,收穫是豐富且多樣的。例如:相應的曲線有螺線與非螺線之分,並且都可以解釋為大自然的各種圖像。

逼到牆邊一角—論虧格位置與長條的關係

本科展起源於2014年亞太數奧初試的題目,是關於在一個給定的方陣(正方形)中填入長條,求最後所剩的空格(稱之為虧格)。本作品主要討論平面上任一方陣填入長條是否會出現虧格,和其虧格位置的問題。當中我們先從一個想法切入解出原題目,但發現還有美中不足之處(預測出來的虧格未必實際可行),進而去探討方陣邊長和長條之間的關係。接著透過寫程式找到一個極為重要的猜想,最後在原本的想法上有了突破,因而順利解釋所謂美中不足之處。之後順便將長條延伸到小長方形,並給出一般化的公式。

數字圓舞曲

探討m對男女舞者分別穿著m種不同顏色的衣服,圍成內、外兩圈跳舞。每當他們跳完一小節後,只有內圈的舞者會以順時針方向移動一個位置來交換舞伴,如果女生排在內圈(如圖1),那麼外圈的男生該怎麼排,才能使得排定跳舞位置及交換d次舞伴後,恰巧都有d對男女舞者穿著同顏色的衣服。我們以間隔排法探討3對、4對、5對、……、12對男女舞者跳舞時,交換舞伴的情形。最後歸納得到: (一)若(m,n)=1,則可以排出內、外圈「一對一對應」的跳舞位置。 (二)若(m,n)=1且(m,n-1)=d,則在排定跳舞位置及每交換d次舞伴後,恰好都有d對男女舞者穿著同顏色的衣服。(註:n為間隔數)