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數學科

六〝和〞YES.猴〝骰〞畾

本研究利用改編傳統骰子數字排列方式(兩對邊總和為7)等30顆骰子,設法排組一個幾何形體使其每一面的總和都相同,此稱「面面俱到」。研究發現幾何形體「面面俱到」成立的條件受限於每面出現的數字數量與隱藏面數字總和,即便是相同顆數的骰子也會因形體組合的方式不同,使每面「面面俱到」總和與成功組數不同。我們提出兩大研究定理【定理一:若干個立方體單位骰子,以內藏總和最大值與最小值估算「面面俱到」總和範圍】、【定理二:若干個立方體單位骰子,以幾何形體的鄰面數可算出內藏總和最大值與最小值的範圍】可完美詮釋各種幾何形體「面面俱到」的總和範圍,並解釋使用最多顆數的骰子能做出幾何形體之極限圖例。

紙牌魔術原是夢,夾擠收斂本無奇

紙牌魔術是一種數學。紙牌魔術經「發牌」、「分疊」、「收牌」重複三次後,便找到指定紙牌。是利用「夾擠」壓縮紙牌存在的空間找到紙牌。 影響魔術的三大因素: 一、「發牌」方式。一次一疊發幾張決定了最後紙牌的存在的空間的大小是收斂於一張或在固定區間。 二、「分疊」的數量。 1、紙牌分越多疊,收斂速度越快。 2、紙牌總張數與分疊數量有次方關係收斂速度較快。 三、「收牌」的位置。收牌時放置疊紙牌的順序會影響收斂位置。 如何夾擠收斂是探討重點。過程中「發牌」、「分疊」、「收牌」,經過了幾個循環,可確定紙牌必「夾擠」收斂在特定位置或區間,因此觀察收斂速度、位置與範圍,即本文探討重點。

數理乾坤~異中求同

本研究主要探討多邊形數字方塊,以一組具相同公差或公比的數字,運用加、減、乘、除等不同運算符號,計算各邊中點的新數字且不斷往內層演算。為了快速獲得結果,導入Excel軟體來輔助,並進一步觀察最後結果是否收斂或具規律性?過程中發現加法運算,可以首項、公差、多邊形邊數、層數四個量去推導出一般式,以獲得多邊形每一層的數字總和,也可以利用其反求相關數值。減法運算,在2的m+2次方多邊形且具相同公差時,其運算結果都可以在N+2層時歸零。除法運算,將相鄰的二數以大數除以小數後,採用不同的進位法,在2的m+2次方多邊形且具相同公比時,其運算結果都會收斂至1。至於乘法運算在五邊形以上,具相同公差或費氏數列所產生的數字都會收斂至0。

當拿破崙形不「正」作不「直」時

以類似拿破崙定理的方式,先作一個任意三角形,在三邊各作一個與原三角形相似的三角形,再把三個相似三角形的重心連線,成為新三角形,探討原三角形與新三角形在重心方面的關聯。 三邊所做的三角形依照方向分為順時針旋轉、逆時針旋轉、180°旋轉以及不旋轉,依照三角形位置分為向內作圖及向外作圖,比較各種情況的異同,並試圖分析影響重心相對位置的因素。

當圓外切多邊形遇上Brianchon定理──Brianchon定理在多邊形上的探討

本研究從「圓外切四邊形的兩組對邊和相等」性質開始探討圓外切多邊形的邊長關係,進而發現奇數個邊的圓外切多邊形之邊長與切點所分割出的線段有規律的關係。再從「必有內切圓的三角形中三條角邊連線段交於內部一點將原三角形分割成三個圓外切四邊形」[2]出發,尋找四個邊以上的多邊形會有內切圓存在的條件,最終發現圓外切多邊形的判別條件,特別是在偶數個邊的多邊形中,得到Brianchon定理在圓外切n邊形(n=8、10、12、…)上所有對角線會共點的推廣結果,以及塞瓦定理在此種n邊形上的推廣結果。

危險的距離-死神的區域內輪差

隨著時代進步、交通便利,常在電視、網路與報章雜誌上,看見許多發生車禍的新聞,無論行走或騎機車,尤其在十字路口等紅綠燈時,明明有段距離,會不經意的被旁邊轉彎的車輛擦撞到,當汽車在轉彎時,前內輪和後內輪所經過的輪跡,也就是內側前後二輪輪跡的幅度,叫做內輪差,我們在此探討,什麼是內輪差及那些因素會影響內輪差,到底與大型車輛的距離應保持多遠,才能避免擦撞和不必要的交通事故。

分數變裝秀

本研究是因在網站上看到的一個問題引起研究動機,我們研究1/18=1/甲 +1/乙,甲≧乙的整數解,有多少組不一樣的解答,並觀察解題過程,找出解題的規律,再經過驗證後得到1/丙=1/甲 +1/乙,甲≧乙的整數解,有多少組不一樣的解答,這類問題的簡單、完整的方法。 研究中還發現,求出來的解答組數和上面式子中丙的因數個數有關係:當丙為質數時,所能得到的不一樣的解答只有2組。

五「心」鏡射奇「跡」—三角形共線點對稱角平分線與中垂線等之共線性研究

取一條直線L,交△ABC三邊或邊之延長線於三點,再將此三點依序對角平分線以及中垂線等,分別作對稱後,所得三點會有何性質呢? 我們借助數學軟體Gsp以及Geogebra進行數學實驗與觀察,並由斜角坐標的觀點,利用向量的手法研究與證明,得到以下一些重要的結果: 關於三角形的五心,我們解決了△ABC三邊或邊之延長線上三點,分別對稱五心連線後,所得三點共線的參數條件解,並對共線性質做了一些探討,發現一些軌跡直線的包絡線,與二次曲線間的關聯,以及這些曲線與給定三角形的一些特別的連結。 此外,我們也就此研究問題,解決除了三角形五心之外的其它心的共線解,求出其與某類特定三次方程式間的關聯,並試圖尋找具有特別性質的未知新心。

方格告訴我的秘密 - 探討三角形的格線

本研究由探討三頂點在格子點上的任意三角形鉛直格線長總和與水平格線長總和關係出發,藉由各種計算法計算、觀察、推論、檢驗、修正、再檢驗、論證、推廣和應用的探究過程,發現格子點上任意三角形鉛直格線長總和、水平格線長總和與面積的關係為:面積=鉛直和1 +邊在鉛直格線長x0.5=水平和2+邊在水平格線長x0.5,並將此關係式推廣到簡單多邊形 ,然後應用於地圖上求面積。

論木塊堆疊的最長延伸值

堆磚塊問題的最長延伸值在150年來普遍的被探討,甚至也出現在我國的物理課本當中。然而在我們的特殊堆疊之下,發現最大延伸值或許可以延長。在過去等寬等質量磚塊的堆疊中,所有磚塊皆遵循上面n塊的總質心位在第n+1塊的右邊緣正上方。但是,我們可以跳脫原本「只能向右延伸」的框架,有計畫地其中某幾塊向左排列。這些延長值的範圍可以透過函數的歛散來解釋。 我們也探討如何堆疊不同長度及質量的磚塊而得最長延伸值。我們以不同順序堆疊磚塊,並且同樣透過典型方法及特殊方法來討論,並且由上到下以數列來描述不同長度木塊的擺設順序,由此討論可能的最大延伸值,並寫成數學式,用於計算每層磚的不同長度的最大懸伸。