全國中小學科展

數學科

「球」破樓出

在本次的研究中,主要在探討Google面試問題。我們將題目的「快速」明確定義為平均次數最少,並用總樓層10為例推出通式,透過平均與隔層數之函數求出固定隔層數的最佳解。再透過觀察圖形表格,移動表格後建立數格圖的概念,尋找更佳結果,找出更理想的解答方法並與Google解答比較。之後,將題目的兩顆球延伸至三顆球,利用之前推導次數的概念,將二維數格圖擴增至三維立體數格圖,並找到適合所有樓層的最佳解法。

移「形」換「位」-多邊形移動邊數關係之探討

本作品主要在討論給定一個n邊形,在移動一個邊或是兩個邊後可形成的幾何圖形,並設法找出其一般式。在此研究中的圖形經翻轉、旋轉或撓折後相同的圖形視為同一個,在此定義此種圖形稱為─幾何算數形,簡稱「算數形」。 我們觀察圖形之規律,進而發現經定義移動邊數後的幾何圖形內部必只會出現一個封閉多邊形,以此特殊性質為基礎推導公式的形式。得知n邊形中移動1個邊後,當n為奇數情況下,算數形總數的公式為(n-3)(n+1)/4 ;n為偶數情況下,算數形總數的公式為[n(n-2)-4]/4 。在研究移動兩邊時發現規律過於繁雜,因此將其分類為3種情況來討論,分別為在封閉多邊形上有 (1) 二分支 (2) 三分支 (3) 四分支,並加以分別討論,推導出上述情形之公式。

誰是光明之神?-因數個數的探究

進行這個研究,是希望配合在因數與倍數當中所學習到的知識,找出一個簡單的數學規則,來了解觸摸型燈泡遊戲當中,什麼樣的燈泡最後會是亮著的。這些亮著的燈泡有什麼特性?它們的燈泡編號與因數、倍數是否有關係?如果有,那麼這之間的關係是什麼樣子?如果我們能找出這個規則,那麼相信不論燈泡有多少個,我們都是稱職的「光明之神」,能百分之百的預測出哪些燈泡最後會是亮著的!

折折稱奇-方塊規律探討

我們在數學課本中看到一個題目,是有關在階梯上貼磁磚的等差級數問題,因為同學問了一個問題,我們開始討論長方形左上內折的方塊有幾個?之後延伸到左上與右下皆可內折的方塊有幾個,驚人的是結果竟然與卡特蘭數(Catalan number)相同,非常神奇!而後我們開始利用左上與右下皆內折的方塊來進行拼合,竟發現在同一條件下的方塊可以拼成正方形以及其他一些結果,這樣的神秘連結,讓我們強烈體會到數學帶來的樂趣。

哆寶喜歡捉迷藏

最近幾個月開始,桌上遊戲瘋迷全台灣,除了遊戲性外,還富含了許多教育意義,有語文相關如妙語說書人、數學相關如七吃九,甚至於自然科學類也有演化論遊戲等,非常多元。所以此研究將探詢哆寶這款反應類桌上遊戲中的數學相關規則。歸納統計後發現幾項有趣的結果: 1.若每張卡牌上的圖案不重複出現且任意兩張卡牌中的圖案恰有一個圖案相同。當固定每張卡牌的圖案個數與每種圖案出現次數一樣時,則卡牌中的圖案種類與卡牌總張數會相等。 2.歸納整理後發現卡牌總張數為(n-1)×n+1,其中n為每張卡牌的圖案個數。 3.最後突發奇想,試著製作簡單版之哆寶,驗證我們所得到的結果,並期望能利用哆寶帶入課程進行學習。

哎喲!這也是單位分式啊!

本作品討論的多項式均在F5[X]中。本研究的目的是在討論有哪些算法可以展開真分式,並試著去討論「最優的分解」問題及「固定項數的展開」問題。

螞蟻回家—等角環形最短路徑之探討

本研究是指限制路徑其轉彎角度、且每次轉彎後步數遞增的條件下,找到回原點的最短路徑。 研究方法是以「奇、偶數」、「座標」與「向量和」的概念,先找出規律、再驗證求解並進一步由平面路徑推廣至三維移動。研究成果整理如下: 在平面上找到P=90°、120°、60°回到原點的最短路徑各為8階(36步)、9階(45步)、12階(78步)。若進一步定義方向數(K=360÷P),還進一步找到回到原點需要的轉彎次數(N,階數)的通式: 若K=4,則回原點的階數N=2Km(m代表任意整數), 若K=3,則回原點的階數N=Km或Km-1。 若K=6,則回原點的階數N=Km。 至於三維移動路徑,則在P=90°與120°時找到最短路徑,其完成階數各為11階與17階。

你說…三線共不共點?

本研究主要在探討正n邊形包圍任意三角形時,會出現三線共點或多線共點的情形。研究中發現,其交點位置分別會受到內部任意三角形及外圍正n邊形的內角影響。另外,如果只移動內部任意三角形的其中一個頂點,可以發現其三線或多線共點之交點的軌跡為一個圓。而正n邊形包圍任意三角形的性質也可推廣至正n邊形包圍任意m邊形,且其三線或多線共點之線數與組數會隨著外圍正n邊形和內部任意m邊形邊數的增加而增加。

曲摺離奇的多邊形

我們想研究三宅一生服裝設計是怎麼做出來的,一開始我們先摺奇美博物館提供的摺紙範例做研究,發現此服裝設計是由數個相似圖形拼組、層疊做出來的,我們將此圖形稱為「基本圖形」,我們改變基本圖形的角度與邊長,繪製成平面圖,再將圖形剪下按照摺痕摺疊,結果發現當∠2+∠3= 360°/n時,可以摺出美麗的正n邊形,控制∠1與∠2、∠3與∠4、AD¯與BC¯之間的關係,可以變化摺出飛鏢型、靠邊型、內部型、全等型四種不同的正n邊形,當∠2+∠3 ≠360°/n時,若設定∠B =∠1 =∠2 =36°時,可以摺出等分圓周的正五角星,而只要圖形摺疊後中間有洞或剛好沒洞,基本圖形都可以往上層疊,摺出螺旋狀的美麗圖形。

多邊形的邊頂關係之數字玄機

『多邊形每一邊所寫的數字,與頂點之間的四則運算,居然有著奇妙的關係!你相信嗎?』。我們以聯立方程式或應用參數 t 的方法解出頂點,並找出簡單的規則,進一步將它一般化到多邊形;在減法、除法運算中,我們應用了樹狀圖來分析所有解,以解決?對值的聯立方程式,並歸納出簡易且快速的方法求出答案;最後我們研究更多點和邊的排列方法的形式。