數學科

老夫子向大蕃薯買雞蛋，一不小心竟把堆垛在桌上的雞蛋，翻滾到地上砸碎了。老夫子說，只要大蕃薯能說出雞蛋的總數，他願意照價賠錢，這下子大慕薯的頭更大了，應該怎麼計算呢？

1.在課本裏沒有圖面的作法及說明的由其從複雜圖面求出其弧長的周圍更難。2.我們想出運用正三角形的角度，創造幾種有趣的圖面求他的周圍長度，探討其作法和基本原理。

在正n邊形的n個頂點各放一面鏡子，並將其中一個鏡面順時針轉動90°/n，將雷射光線沿該點切線方向射向此鏡面，使光線在正n邊形各頂點的鏡面間反射，本文主要在探討光線在各鏡面間反射路徑之規律性與其應用，研究分為兩大部分：一、將雷射光線射向一順時針調整角度θ=90°/n的鏡面且其餘鏡面皆不轉動之情形下，探討雷射光線的反射路徑之規律性及尋找正多邊形邊數與反射數間的關聯性。二、在正n邊形的n個鏡面中，每個鏡面可依順時針或逆時針旋轉一個角度θ=90°/n或是不轉動。此部分我們只針對n為偶數的情況去探討，我們採用數學上函數的對應方式取代了物理上反射原理的路徑操作，由數學的模式去探討鏡面調整的規則，擬訂出適當的策略調整鏡面的轉動，並找出最大反射數。

本學期，在一個偶然的機會裏，閒逛書局時，看到一本書名畔“楊輝三角”的書，隨便閱覽了一下，也看不出所以然來，只覺得有一堆數字，恰好堆積成一個三角形，似乎蠻有趣的，而且其中第一階為 11 ，第二階為 121（恰為 11*2次 ) ，第三階為 1331 （又恰為 11*3次）…… 直到第五階（ l , 5 , 10 , 10 , 5 , l ）才不等於 11*5次，但是如果經過加法所運用的十進位以後，第五階即變為（ l , 6 , 1 , 0 , 5 , l ）即又可等於 11*5次了，其餘各階類推都如此，心想，這是否有種微妙的關係存在呢？如果我們把第－階變成其他任何自然數時，是否也有這種關係存在呢？基於好奇心的驅使，且在老師的指導下，總算研究出一些新方法及數字遊戲，一般人只要熟練九九乘法表，及加法運算，就可以利用此種方法，將任何自然數的n次方皆求出來了，以下即是我們的研究過程，供 大家參考。

科展的指導老師在高中發揮了極為重要的角色，他指導學生閱讀前幾屆的重要作品，提出是當的新問題，領導研究與討論，給予類似專家的常識性建議，有些甚至成為學生的共同研究者，我們看到優秀的高中科展作品中，有許多作品背後都有一個優秀的數學老師，以本屆為例如第一名第，第二名。 指導老師在小學更是作品之母。但是小學指導老師的定位，至今仍然非常模糊。在高中由於作品水準很高，教師不易越殂代庖，但是在國小，國中指導老師很容易不由自主的陷入教的陷阱，以至於許多人認為國小指導老師就是把材料成功地教給學生。其實這是極為錯誤的看法。例如初小組肥皂泡膜角度與經濟網絡的作品，我們注意四一Ｏ四到如果教師讓學生先實測各種泡膜的角度，在得出角度都是120度的經驗歸納結果。相信兒童對於自人界的現象的數學性會有更大的驚奇，如今教師先告訴學生120度的事實，再去檢查，這種「驚奇」的驚人浪費，令我們感到非常可惜。事實上，現在已經有少數小學老師已經覺察到，如果指導老師可以更早成立研究群，更有耐心，更願意傾聽兒童在做什麼，只要找出適當的問題，兒童一樣可以有探索研究的活動。只是這種活動還需要數學教育的學者做更進一步的研究已歸納其研究活動的特質，可?科展評審的參考。當然初小和高小的差異很大。至於適當的問題雖然難找，但也不是沒有。例如初小四一Ｏ一從數字方塊到數字八卦以及高小正多邊形分割成三角形的分割總數及類型都指出值得效法的新趨勢。 國中生正處於進入文字符號運作的尷尬期，加上國中各種測試卷的反覆練習繁多，剝奪兒童從事研究的時間，一向是科展最弱的一環。這也是本組第二名從缺的原因，其實國中組無強將，反而是指導老師可以大加發揮的地方。事實上，國中生透過科展活動也可以順利甄試昇學，由於名額較少限制，更應多鼓勵學生參與。 本屆和上屆來台的美國ISFF學生作品，都和代數數論有密切關係，事實上，高中生的極限觀念的發展，比代數抽象思考的方展慢。基於此點，建議高中指導老師可以給予學生初等數論以及初等待數數論的標準教科書研讀，增強其運作的層次，代數數論的應用很多，而且也很好，如本屆的問題是說如果「n」事一個個邊皆為有禮數的直角三角形的面積則有此解可以生出無線多個有理直角三角型面積都是n。 科展研究問題的開發一向是科展師生最頭痛的問題。有一本英國空中大學教授MASON所著的「大家來數學地想」可以大大的拓展研究的想像力，數學傳播季刊，Mathematical magazine,Mathematical monthly,Mathematical Gazette,Fibonacci Quarterly,國際或亞代奧林匹克試題,Putnam試題都是傳統方法已外找材料的地方國小可從國中高中取材,但切忌獎什麼微積分代數等名堂。 另外科展老師也必須善於累績資源，以及累積自己的經驗與聲望，以吸引校內的優秀學生參與科展，本屆初小組四一Ｏ依從數字方塊到數字八卦和高中組四四一四方塊數論就是源自同一問題，但兩者的方展缺是大異其趣。四一Ｏ一大做奇偶類型經運作後演化的樹型圖，但四四一四在初步地用符號說明演化後，既一舉跳過此一過程，進入決定性的証明。其中的對比有如GORDON等數學家在不變式的工作和Hilbert一舉用一個存在性定理暫時地結束此一時期的歷史事件。另外科展老師也必須善於累積資源，以及累積自己的經驗與聲望，以吸引校內的優秀學生參與科展。

從海盜藏寶的情境出發，主要探討旋轉角度和平均點之間的關係。藉由增加旋轉中心個數，改變旋轉角度或旋轉次數等變項，來探討固定點的存在性與平均點的軌跡變化。於研究過程中發現：操控旋轉角度的正負值及倍率，能讓動點與平均點間的移動軌跡有繞圈、橢圓、內(外)次擺線及相似圖形等豐富有趣的現象變化，並成功證明之。於改變旋轉次數的過程中，發現旋轉後的點連成之向量具有不變性，同時藉由n次旋轉可化為一次旋轉的論點，證明出固定點符合數學上不動點的定義。綜合各項研究結果將其推廣應用，提出多種更適用於現代海盜的藏寶秘技。

二色移位遊戲問題曾經多次被拿來做研究（24 屆初小全國第三名~有趣的移位遊戲、34 屆高小全國第二名~毛毛蟲變蝴蝶、1996 年我國參加加拿大國際科展~走走跳跳、39屆高中全國第二名~乾坤大挪移、41 屆國中全國第二名~解開難題的奧秘等），本研究首次將二色移位遊戲推展到三色的研究，會選定這樣的主題是看到『葛老爹的推理遊戲2』，書中提到三色移位遊戲的難題所引起，而我們的數學課本中也正學到線對稱以及兩數量的變化關係等單元，我們的研究結果發現移位遊戲的最低步數解答中，對換在進行中移動和跳動具有線對稱關係，輪換的移動和跳動次數分配也具有線對稱關係。而棋子數和移動最少步數之間的關係是極為複雜的。而這個關係的發現是經歷了約九個月的時間慢慢發展的，下表是我們發展的時間流程簡表：

在去年的科學園遊會上，有同學拿回乙份數學方面的問題，題目為「用 1 至 9 的數字，填入下圖的方格中，使田字的4個方格數字，加起來的和等於( 1 ) 16 ( 2 ) 20 ( 3 ) 24 。」 當試題落到我們學校去年科展數學研究小組的手上時，學兄學姊都異口同聲說：「啊！哈！只不過又一次“線 ─ 交點法”的應用而已。」因此，引起我們研究的興趣。由於他們的研究正如火如荼，就決定派一位學姊抽空指導我們，向這擂台挑戰。經驗豐富的學姊保證，一定會一樣讓我們找到所有的答案，並知道「為什麼 ? 」，而非僅有一種嘗試成功的短暫喜悅而已。總而言之，也是一趟令人著迷的數學之旅。

我們平常就喜歡在一起玩數學遊戲。有一天，老師給了我們三個用鮮奶空盒做成的盒子，分別可裝 10 、 7 、 3 份水，盒子上沒有任何刻度，叫我們將大盒裝滿水，只能利用這三個盒子，把大盒的 10 份水平均分成兩半，(不可以用斜對角倒，也不可以用大約佔算的)。我們幾個人居然試了半小時才倒成功，不過卻因此引發了我們的興趣，有沒有比較好的方法可以較快倒成功？如果是其他的體積組合，如（ 10 , 6 . 4 ) , ( 12 , 8 , 3 ）等，又如何呢？

賭徒破產問題為機率名題之一，黃武雄教授多年前曾以醉步問題在嘉義女中，做了一次精彩之演說，遂引起吾人對其解法之研究興趣，而加以探討。