數學科

本研究目的主要探討：矩形瓶、圓瓶、八角瓶、六角瓶和三角瓶等各種飲料瓶分別以「方」形和「巢」形排法時空間使用率之比較。研究假設置物架為矩形，瓶子高度也相同，故將空間的使用率簡化成瓶子總底面積占置物架總面積之百分比。

本文旨在探討兩圓重疊區域內之內接三角形的最大面積，我們從等半徑之兩圓到相異半徑之兩圓，從特殊化(兩圓互過另一圓之圓心)到一般化(不限定是否通過圓心)分別進行分析。隨著兩圓半徑、連心線長等變數的不同，我們觀察到內接最大面積三角形的形狀變化，及其面積的計算方式，最後我們推導出一般化的結果。

我的研究是在m×n層的教室座位圖，每位同學只能朝前後左右移動一格的情形下，有幾種交換座位的方法數探討。我利用圖形分析方式，得出以下四個主要結論：（1）座位圖為奇數時就無法進行交換座位，某些座位圖為偶數時亦無法進行交換座位。（2）透過樹狀圖分析發現2×n交換座位的方法數為費氏數列的完全平方數。（3）利用木棒擺放的圖形方式來解釋交換座位的情形，進而推導出交換座位方法數為兩兩互換座位方法數的完全平方數。（4）找到了2×n、3×n、4×n交換座位方法數的遞迴關係及規律和2×2×2之立體圖形的交換座位方法數。

本研究推廣於近年的兩篇研究，Sejfried 與 Shelomovskii 的三角形及其內切圓的幾何構圖研究[1]，以及沈執中與陳彥睿提出的三角形與四邊形及其內切圓的幾何構圖研究[3]。 相較他們的研究，本研究是新的方向，我們的對象不同，使用方法也不同。我們不使用空間射影模型，因為射影只能處理共點、共線，卻喪失了角度、長度、形狀等幾何定性與定量性質。本研究討論了給定任意圓內接三角形，如何在其三邊的延長線上分別取一點，使得這兩兩點的連線（共三條直線）都與圓相切呢？同樣的，推廣到給定任意圓內接四邊形的外切四邊形構圖。值得一提的是，在任意三角形中，我們進一步發現外切三角形的樣態與原三角形的兩邊比值有關，臨界點是漂亮的黃金比例！

本作品研究了遊戲Cube中正四面體的滾動特性、色漆位置及最少步數解，並將三角網格轉換為方形網格，同時推廣至整個平面且為方形網格定義坐標。由於遊戲中考慮「回黏」時將較複雜，故作品前半部分先在不回黏的情況下做討論，並為了計算解題之「最短路徑長」，先求出任兩方格間「距離」，再將各方格間距離整理為表格，藉表格中行、列位置關係得出計算最短路徑長之公式。 而作品書後半段說明當考慮回黏時的情況，並因過程中需要求出任兩方格間滾動路徑上會經過A,B,C,D之個數，最後分析正四面體身上帶有色漆時對移動步數之影響。由於上述所有公式統整後非常繁複，故我們另借助Python將之統整並計算出回黏之最短路徑長。

本研究探討正三角形衍生圖形與拼板個數的關係。 一、以A和B拼板無縫密鋪由 塊邊長 正三角形組成水平衍生圖形，發現 (一) a是奇數 條件：至少需t個B拼板 最大拼板數：A拼板(at^2-3t)/2個和B拼板t個(2▲1▼) 範圍：A拼板(at^2-3t)/2-3k個和B拼板t+k個(2▲1▼)、k個(1▲2▼) (二) a是偶數 條件：需要偶數個B拼板且兩類型個數相等 最大拼板數：A拼板(at^2)/2個 範圍：A拼板a/2 t^2-3k個和B拼板兩類型各k個 (三) 解的存在性 除a=1_ ,t=1與a=1_ ,t=2外，其餘必有解存在。 二、增加拼板種類 無縫密鋪邊長 正三角形衍生圖形，需 拼板m,n,p,q個， 則2m+3n+4p=at^2或2m+3n+8q=at^2 解的判斷法則 步驟1：找最大拼板的個數範圍 步驟2：根據最大拼板個數切割圖形，將剩餘區域切成可無縫密鋪圖形，最後剩餘不為 或 ，則可無縫密鋪 步驟3：利用n的奇偶性，計算A、B拼板。

將快樂數的計算方式略微改變，改成將一個數的每個位數的數字做1、2、3……n次方後，由數字大依序減去數字較小的，再取絕對值。隨後便和快樂數一樣，將新出現的數字重複作同樣的計算動作，觀察出現的數字是否和快樂數有類似的性質。

多重角數之間的關係，在眾多文獻中已然有了答案，但尋求答案的過程多半利用繁雜的遞迴關係式或者利用「佩爾方程式」。然而無論任何一種，皆非高中課程所能涉及，如何突破此一關卡，利用高中所學觀察多角數之間的關係，是本研究的主要目的。 意外的是，我們發現利用矩陣解決多角數關係的不定方程，除了可以擺脫文獻中使用佩爾方程式通解的方法，而且我們所需的條件更簡便容易，不需要利用多個初始條件，僅高中所學的矩陣知識，我們可以順利的利用多重角數的一組顯然解(s,t)=(1,1)，以及基本矩陣，找到一條簡便、且令人容易理解與計算的道路。

本研究推廣古老的數學問題「Quadrisection Problem」，2018 年 Carl Eberhart 曾針對此問題進行探討，給出兩條垂直線將任意 △ABC 的面積四等分的解。 我們沒有設定兩相異直線必須垂直。由於兩相異直線至少將任意三角形分割成三塊區域，至多分割成四塊區域，所以我們先探討兩直線三等分三角形，再繼續研究四等分三角形，最後給出完整分割的圖樣與方法，並且給出四等分面積的充要條件。第二，我們繼續推廣到任意凸四邊形與凹四邊形，證明了對於所有凸四邊形與凹四邊形必存在四等分面積的分割方法，這是本研究的亮點之處。本研究雖僅使用了初等幾何工具，但是簡潔地找出豐富的性質並且完整解決了兩相異直線均分任意三角形以及四等分任意凸四邊形與凹四邊形的面積之問題。

將兩組{ 1，2，…，n }任意排成環狀，若對所有數m ∈ { 1，2，…，n }，m與m之間繞順時針的間隔數為m或繞逆時針的間隔數為m成立，則稱此環狀排列為「挑剔環」。