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數學科

發現三角形「比例點」─歐拉線上又一點

本研究探討三角形的「比例點」。已知∆ABC,定義「比例點」是滿足比例式PA:PB:PC =BC:AC:AB的P點。研究過程得到作出比例點的方法,並討論三角形的比例點個數、位置及其性質,最後發現三角形的比例點會在歐拉線上,並與三角形的垂心、重心、外心之間存在特定關係。

一棍定江山?

國中三年級的習作題中,有一個題目是說在固定一個條件之下,兩個無限縮放的同心圓面積差居然會成定值。因此我們探討在同樣的條件之下三角形是否也存在一個作圖方式使得多邊形也能有此性質。所以我們使用GGB來繪製相關圖形,經由在GGB中圖形的可變動性與可被計算性來驗證面積差,並給予每個可變動圖形的面積差證明來說明不成定值的原因。 接著因為三角形無此性質,所以我們轉往探討橢圓是否也有此性質。最後做個統整性的討論與說明。

拉丁「圍」機

每行每列恰有m個格子填入1,其他的格子皆填入0的方陣,稱為m–(1,0)拉丁方陣。本研究要探討以下問題:求最小的非負整數a,使得所有n階的m–(1,0)拉丁方陣中,都存在一個k×k正方形,其內數字和不超過a。 藉由程式得到答案之後,再針對不同的n,k值討論。k整除n時可經由簡單的估計和構造得到答案,但k不整除n時,經由估計得到的上界,和構造得到的答案卻不盡相同,因此必須再配合壓界的方式得到最後的精確值。目前解決了m=1和m=2的情形,未來將繼續著手處理更一般化的結果,也就是當給定任意n,m,k時,都能得到答案。

擇你一個命中註定─談經典相親問題與其延伸解

本文首先就經典相親問題的歷史背景進行介紹,並在其後對現今相親問題的主要論文做一次文獻探討,一方面提供以中文書寫的統整性文章,另一方面用來區分我們的研究與他人研究之差異之處。接著,我們根據我們設定的兩種相親問題變種,分別來對相親問題求取不一樣的結果。其分別展現於定理5至定理9,我們試圖改變的變因為(I)使我方能在一定的條件下,依照遞減機率來對先前一度拒絕過的候選人重新選取,以及(II)維持能夠對先前拒絕過的候選人再次選取之條件,但使候選人最開始願意接受我們的機率不再為1。求出以上兩種的最佳策略後,我們利用程式碼配合最佳策略,實際演練了數種設定下的相親問題,提供數據於末。

魚與熊不可兼得?!

本研究找出三大主要定理討論拼圖遊戲中板塊形狀與圖形的排列數: 一、 定理一:完整矩形空白板塊排列數﹝(模組類型)2-點對稱模組﹞÷2+點對稱模組。 二、 定理二:當有A、B兩種不同形狀板塊,A板塊有m個、B板塊有n個,計算兩板塊圖形總排列算式=(m! × 2可旋轉個數)× (n! × 2可旋轉個數)。 三、 定理三:可從三大限制條件→點對稱圖形、2I並列、bf之5P,觀察(m! × 2可旋轉個數)× (n! × 2可旋轉個數)在計算板塊圖形排列數是否重複計數。 四、 目前努力全盤掌握拼圖遊戲中只有一組解的命題方式,但當我們改變遊戲條件,如板塊形狀的改變或調整圖形的數目比例,卻能突破只有一組解答的命題限制,同時提升板塊圖形排列的總數。

【軌跡密碼】–從青蛙環繞跳荷葉落點探究漢米爾頓問題之解析

此作品研究「對於編號i青蛙決定移動方向,而在形成多邊形的荷葉一組或兩組以上;由i號荷葉開始,依跳的距離不同,觀察在落點處所成的數列中,是否有漢米爾頓問題出現。」對於移動方向分成定向、回頭、不斷換向,定向指都是順時針方向,回頭指每次碰到起始點即時換向,在回頭的規則中則利用總共跳的荷葉數/邊形數 取其商+1 即目前停留落點處的圈數,其值的奇偶可判別接下來的移動方向,而不斷換向指每次跳躍皆與上次不同方向;依邊形數組數又分出一組及兩組以上,兩組以上時利用轉換的方式探討;在不同的移動方向中,跳的距離無論組數又分成固定距離和遞增數列,而不斷換向在固定距離時沒有意義,所以只做出遞增數列來探討。

圍多理呀的秘密

我們在「小學趣味數學100題」書中找到一個「木棒圍方」的題目:「給定99根木棒,長度分別為1,2,3,......,99,用這些木棒能不能圍成一個正方形?圍的時候每根木棒都必須用上,並且不允許將任何一根木棒折斷或折彎。」,我們覺得相當有趣,接著我們想到,如果不侷限在99根木棒,而是一般性的給定n根呢?而木棒長度為1,2,3,......,n的等差數列,是否也意味著可圍成正方形的木棒數n具備某種規律呢?如何圍?圍法是否也具備某種規律呢?有幾種圍法?一時我們的小腦袋裡各自充塞著一些問號,這燃起了我們心中求知若渴的精神,老師肯定我們的疑問,也進一步地提出問題:「如果一般性地換成其他幾何圖形(例如正k邊形)又如何呢?」呼!我們熱血沸騰了,就讓我們一起把問題解決吧!

填滿方格

本研究取自一道2006年國際小學數學及自然科學奧林匹亞的題目:在無限大的二維表格中,依某種規律,將正整數1、2、3、4、…逐一填入每小格中,該題目問了3道子題。我解決了該題,之後我更改原題填數字的規律,得到一個新題目,也解決了類似的3道問題,不僅如此,對於其他類似填滿表格的方法,我在本研究得到的解法都可解決,使得我的方法具有相當的應用性。

當摺紙公理與莫利三角形相會

Huzita-Hatori公理和Morley三角形都如同黑暗中的一盞明燈,讓我們很想一見其廬山真面目!更想了解他們相會後會激盪出甚麼火花? 我們利用描圖紙摺紙、GGB作圖,再配合推理論證,終於知道三條Huzita公理6分別三等分的角、度數、位置、以及與始邊的夾角度數;另外,更奇妙的是,我們發現兩個特別的三角形:第一,任意角的三條Huzita公理6的摺痕,會圍成三角形,而且此三角形必是完美的正三角形。第二,任意三角形各角的三條Huzita公理6的摺痕,各會圍成三角形,且此三個三角形彼此相似,他們和原三角形之間還有角度成等差和等腰的關係。 本研究實在見證隨意到完美的奇蹟,驚奇之處俯拾即是!

千切百斂

本研究主要在探討邊長比為1:a且重心重合的內、外正n邊形,當取外正n邊形的邊上一點為起始點(此起點與外正n邊形的頂點距離為x),重複朝著內正n邊形的頂點畫切線,並觀察其數學性質。(θ為正n邊形一內角) 我們從研究正三角形開始,並且推廣到正n邊形,研究以下四項: 一、「切線與外正n邊形的交點」和「外正n邊形頂點」的距離通式f(x)=(a2-a)+(1-a)x/((2(cosθ+1)a+1)+(-2(cosθ+1))x 二、證明收斂正n邊形的存在性,並找出收斂點與外正n邊形頂點的距離x=a/2-√a(cosθ+1)(a×cosθ-1+2)/2(cosθ+1) 三、正n邊形可形成收斂正n邊形的內、外正n邊形邊長比例範圍 ,√a(cosθ+1((a×cosθ-a+2)≧0,1≦a≦2/1-cosθ 四、內、收斂與外正n邊形的邊長比為1:√a:a 此時發現收斂正n邊形的邊長為內、外正n邊形邊長的幾何平均數。 最後,我們也針對任意三角形探討上述內容,並於研究過程中詳述。