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數學科

再探勾股鐵路網

本研究從股差為 1 的素勾股數家族{(an,bn,cn )}得到關係式vn/un =1/(2+vn-1/un-1 ),其中n,un,vn∈N, un>vn,(un,vn )=1,un,vn為一奇一偶;以不同的v1/u1 代入關係式,迭代產生不同的vn/un,再由(an,bn,cn )=(un2-vn2,2un vn,un2+vn2 )產生股差為|u12-v12-2u1 v1 |的素勾股數家族;將(un,vn)當成平面座標(x,y),則股差為定值的{(un,vn)}構成平面座標中的「勾股鐵路網」;將(an,bn,cn )當成空間座標(x,y,z),則股差為定值的{(an,bn,cn )}構成空間座標中的「勾股鐵路網」;由不同最簡股差的乘積找到另外兩個關係式,由此得到股差為定值的素勾股數家族之不同的〈vn/un 〉,並由此確認最簡股差為定值的〈vn/un 〉之條數,進而確認最簡股差為定值的勾股鐵路之條數。

驚嘆尤拉線群遇到60°與120°

本研究探討在平面上以一定點P切割△,尋找使三子△尤拉線共點之P點。這種點有無限多但有一定排列,我們用代數法求出P點軌跡方程式,且發現非正△中能使尤拉線群共點的P點軌跡分成三部分:1.封閉曲線2.外接圓3.開放曲線。另外發現共點Q軌跡在原△尤拉線上,分成三種:1.整條直線2.直線上下兩部分3.直線上中下三部分。進一步,若原△有一內角為60°或120°,則開放曲線變直線,封閉曲線變圓,且此圓的半徑恰好等於外接圓半徑。尋找使三子△尤拉線平行的切割點「I」,發現非正△都有1個I,且等腰△的I點可用尺規作圖畫出,正△中則有無限多I點呈擺線狀。最後用等腰△來探討P、Q競逐關係及速率的相對變化,非常有趣。

給我360~其餘免談

本研究目的在瞭解正四面體隨意剪開後的展開圖,為何能拼貼成平面鑲嵌圖形。我們發現圖形間組合的部位,要構成360度的圓周角,才能形成一個緊密、無空隙的平面填充圖形;如果立體圖形展開圖是正多邊形或凸四邊形,隨意剪開後的展開圖,拼貼後必能緊密、無空隙的鑲嵌成完整的平面填充圖形。正四面體剪開後的展開圖進行平移、旋轉後,不規則的展開圖能復原成正三角形和平行四邊形(凸四邊形)兩種符合鑲嵌原則的圖形,展開圖必能拼貼成平面鑲嵌圖形,展開圖間組合的部位及鑲嵌的方式都一樣,具有規律性;正六面體的展開圖不是凸四邊形或正多邊形,不符合鑲嵌原則,相鄰兩個面展開後產生的位移情形,及圖形周圍和裡面形成的角度為90、270度,導致剪開後的展開圖有許多變化,無法緊密的鑲嵌。

心發現

在平面上,三角形有重心、外心、內心,若將討論的範圍提升到空間中,三角錐也有同樣的性質,我們利用了紙筆證明以及動態繪圖軟體 GSP 來呈現,來說明空間中的三角錐確實也有重心、外心、內心,而且其幾何性質,與我們所學平面上三角形的三心有極相似之處。

分進合擊—分解勾股數

本研究的目的是探討素勾股數家族的產生。研究方法是以最簡真分數數列產生素勾股數家族,研究結果是由最簡真分數數列產生股弦定差、勾弦定差以及勾股定差之素勾股數家族,更進一步由最簡真分數數列產生素勾股數三元樹。

點點相應在「格」中-平面與空間中格子圖形之 探討與推廣

格子圖形是具代數特性的幾何圖形,是解析幾何中一環。首先研究發現格子直線數與法里數列及尤拉函數有關,透過遞迴關係導出其一般式。其次探討形成格子圖形的充要條件,得到 (1) 坐標平面上有格子正n邊形的充要條件為n=4 (2) 坐標空間中有格子正n邊形的充要條件為n=3,4或6 (3) 恰有三種格子柏拉圖 最後的主軸是找出五心與九點圓圓心皆為格子點的充分條件,成果如下: (1)畢氏三角形內心及旁心皆為格子點;而Heron三角形在某條件下,內心及旁心也是格子點 (2)畢氏三角形與Heron三角形三邊長滿足在某條件下,五心與九點圓圓心皆為格子點 (3)三角形三邊長為整數比,經伸縮變換後可使五心與九點圓圓心皆為格子點

0與1的邂逅

本作品主要研究「Hamming碼和序相鄰項」,利用二進位制去探討,我們取相鄰項奇偶性異同,制定一個邏輯運算,得到一個個序列稱X(n)。本研究發現以每4項去觀察X(n),並以二位進位制表徵去得到X(n)的快速解法,進而發現不同n的X(n)值相等的規律。 本研究命SX(n)為1~n的X(n)之和,我們得到求SX(n)的演算法。 本研究改變X(n)邏輯,提出對偶關係稱為Y(n),並討論Y(n)的演算方法及其性質。 我們也利用漢明碼序列和的奇偶性平舖於平面並塗上顏色,當作數字圖案的座標域圖形顏色的轉換,以應用在藝術地毯。

猜心數

本次為了要解這個圖表,用了許多方法,如參考書籍、實驗、討論、請教老師等……,我和其他組員參考了國小四年級下學期的數學課本。最後決定做成圖表來實驗,但是還是無法了解圖表的排法,接下來就分析圖表的數字排列方式,還是無法了解圖表的排法,最後用推論的方式並對照所查的資料,終於找出圖表的排法;並利用這個數字排法搭配百家姓,終於破解算命仙為何能猜出算命者的姓。

一筆畫圖形之最長路徑探討

給定一 m×n 點方陣或一 a×b×c 點方塊,若兩點間的距離為1,則定義此兩點相鄰。於方陣或方塊內,一筆畫出一個由相鄰兩點連接之線段所組成之圖形,且路徑不重複,使得經過之路徑長最大。路徑長最大的圖形可能有多種。本次研究的主題,是探討點方陣與點方塊的一筆畫圖形之最長路徑,以及探討特定狀況下,圖形完成最長路徑之走法數。

再探均分問題的動態穩定

本文探究是否能將三堆石頭移動成數量皆相等的狀態(稱之為「穩定狀態」),因為遊戲進行中,石頭的總數不變,故以石頭數量總和進行分類觀察,我們逐步探討得到:數量總和不是6的倍數之非穩定狀態數對無法形成穩定狀態,進而得到形成穩定狀態的充要條件,並且利用二進位表法歸納三堆時的移動次數型態,得到不須二進位即可操作的移動方法。最後,我們將此結果擴展到多堆石頭時,形成穩定狀態的充要條件及移動方法。