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數學科

n組平行線定理

本文從原始的題目「三組平行線定理及其一個猜想」出發,我們猜想n組平行線也會有類似的定理。 於是試著將n組(n≥3)平行線:a11//a12, a21//a22, a31//a32,……, a(n-1)1//a(n-1)2, an1//an2,表示成n×2階的矩陣: [a11 a12 a21 a22 a31 a32….. a(n-1)1 a(n-1)2 an1 an2] 我們令A1=(a11,a22),A2=(a21,a32),A3=(a31,a42),……,An-1=(a(n-1)1,an2),An=(an1,a12),再令A'1=(a12,a21),A'2=(a22,a31),A'3=(a32,a41),……,A'n-1=(a(n-1)2,an1),A'n=(an2,a11)。 設n邊形有號面積為SA1A2A3......An-1An,另一個n邊形有號面積為SA'1A'2A'3......A'n-1A'n ,則利用平行線的斜率相等和n邊形有號面積的行列式表示法:S=1/2Σ|Xk Xk+1 Yk Yk+1| ,可推得SA1A2A3......An-1An=SA'1A'2A'3......A'n-1A'n。若A1,A2, A3, ....., An-1, An n點共線,則SA'1A'2A'3.....A'n-1A'n=0,但A'1,A'2, A'3, ....., A'n-1, A'n n點不一定共線。

截線多邊形內切圓半徑與面積之研究

一、新瀉八幡宮算額問題 1.從由內往外作圖法知,三角形可用三個切線段表示其他線段、三角形與截線多邊形 內切圓半徑。並證明:截線多邊形內切圓的半徑和為全圓半徑的2倍。 2.由外往內作圖法是用三截線等長且位置唯一決定,三截角皆等腰三角形原理作圖。 3. 元貞利三角形的垂心為亨圓圓心,外心為全圓圓心。 4. 當正三角形時,截線多邊形內切圓面積和有最小值為全圓面積的28/25倍。 5.三角形之截線多邊形內切圓周長和為全圓周長的2倍。 二、正n邊形算額問題 設亨圓、元圓、全圓半徑為a,b,R,θ=180°/n 則a:b:R=cos2θ:sin2θ:(sin2θ+cosθ) (a+nb)/R=(n.sin2θ+cos2θ)/(sin2θ+cosθ) 每邊所截線段比(cosθ-cos2):(1+cos2θ):(cosθ-cos2θ) 三、四邊形算額問題 1. 從由內往外作圖法知,四邊形算額問題無定值。 2. 箏形用二個切線段表示截線多邊形內切圓半徑與全圓半徑間關係。 而等腰梯形則需三個切線段。

遠近高低皆相同—圓錐曲線的等視角軌跡研究

本研究旨在探討圓錐曲線的等視角軌跡。我們利用幾何方法和過曲線外一點的兩切線夾角之cot⁡θ值恆等的條件求得:線段的等視角軌跡為兩對稱圓弧;圓的等視角軌跡為圓;拋物線的為單支雙曲線,且視角互補的軌跡恰為一雙曲線,視角90°時軌跡為其準線。 由於不同觀測點位置對雙曲線作切線的情況不同,只有在漸近線同號區能定義等視角軌跡,故我們擴充視角的定義,並提出等切線夾角軌跡來研究雙曲線的軌跡。橢圓的等視角軌跡和雙曲線等切線夾角軌跡皆為含根式的二次曲線,視角90°時軌跡為兩者的準圓。我們討論兩圖形的相似特徵:找出圖形凹向改變的條件,並以實驗數據說明軌跡的兩側近似於軌跡與y軸交點的密切圓(Osculating Circle)。期待能以研究結果解決一些視覺問題。

分組史考特

本研究在探討各小組成員最多n(n≥1)人,且符合分組條件的情況下,所構成班上學生人數之最大值及計數方法,藉由觀察、尋找關係與樣式、猜測、檢驗與論證的探究過程,進而發現各小組成員最多n人時所構成學生人數最大值之計數方法,其解法可分成唯一解、多重解,並發展出計數公式與應用如下: 一、在n×n(2≤n≤6)的方格表,只有5×5有多重解法,其他都為唯一解。 二、在n×n(n>6)的方格表,都有多重解法。 三、學生人數最大值之計數公式為,將(n的平方)減掉(n除以每一列(x)所得之餘數),並分別求出當n為偶數(2k)與n為奇數(2k+1)之公式。 四、辦活動分組時,可藉由本研究所發現對參與學生的快速編碼法,以確定活動參與人數的最大值,進而用來準確預估最多可報名人數。

糖果傳遞問題之研究與推廣

n個人圍成一圈,面向圓心,且逆時針編號1,2,……,n。一開始每人手中有一個糖果,由1號開始,逆時針分別給右邊的人一個、兩個、一個、兩個……糖果,手上沒有糖果的人必須退出。我們將此傳遞規則定義為T1,2 ,同理T1,2,...,p 。這個傳遞遊戲,最終會有兩種情形,第一種是由一人獨得所有糖果(成功狀態),第二種是數人間傳遞糖果且形成循環(循環狀態)。 研究後得知,在傳遞規則T1,2,...,p(p≧2)下,若p=p1α1p2α2... piαi....pjαj(p1,p2,...,pj為p的相異質因數),任意的n值(n≧p+1)均可唯一表示成n=((p)tx(p1s1p2s2...pisi·m)+q(t,mϵN, p ∤ p1s1p2s2...pisi, (m,p)=1, q=1,2,...,p),令S=pt(p-q)+(pq-1)/p-1 +R·pt,則當m=1時,最終為成功狀態,且獨得糖果者的初始編號為S;當m≧2時,最終為循環狀態,且由m人循環傳遞糖果,而此m人的初始編號是S, S+ptp1s1p2s2...pisi,...,..., S+(m-1)· ptp1s1p2s2...pisi。上述公式中的R值,可透過我們研究出來的「R值迭代法」求得。

無「鎖」不在-最少監視點

我們設定一監視器能有限制的監視其周圍各兩點,稱為直線-距離-2之控制集。接著以座標方式將問題數學模型化,推得m×n點陣與m×n×k點陣之最少監視點數的範圍;在m×n點陣中,我們以6×6點陣為一單位循環點陣,導出m×n點陣之監視點數位置與公式,再以數學程式檢驗監視點數之值是否符合我們所推導出之上、下界,最後在m×n×k點陣中,以矩陣表示監視點設置之位置,並以M7×7×7為循環單位對應矩陣,導出使m×n×k點陣監視點數足夠小之公式。

由繁化簡~鏡射多邊形退化之探討

本作品主要研究多邊形與其重複疊作鏡射多邊形之退化關係。經過探討,我們發現多邊形的退化點必在多邊形各邊、各邊的延長線、外接圓、棒圓、近棒圓、遠棒圓上。同時,我們也找出了多邊形退化樣貌規則,和次數疊加性質及提早退化性質,並藉此製造任意N邊形的任意退化點及最終退化圖形。

我能搭到「他」的機車嗎?抽鑰匙的機率問題

設有A1,A2,A3, · · · ,An 共n 人及K1,K2,K3, · · · ,Kn 共n 把鑰匙,其中n 為正整數。現在依照A1,A2, · · · ,An 的順序來抽鑰匙。在n 人中除了Ar(1 ≤ r < n) 認得某一把鑰匙,並且絕對不會選取之外,每個人抽到這些鑰匙的機會都均等。令P(Ai,Kj) 表Ai 抽到Kj 的機率(1 ≤ i, j ≤ n)。在這篇研究中我們得到了P(Ai,Kj) 的一般式,並且利用程式模擬驗證。此外我們也將問題推廣到n 人中恰有m 個人必不選某把鑰匙的情況,並得到對應的機率通式與遞迴關係。

兄弟你說我來求

此研究之目的為探討二階不定方程式解之關係與 PyThon 程式解方程式。我們從找出部分初始值開始,再找出遞迴關係及一般式。並提出假說,找出除了遞迴式與一般式以外的其他關係。內容包括: 一、 a2 - 5 = b·k) b2 - 5 = a · k {2 的正整數起始解,及一組解中每個值的相互關係。 二、找出關於多組解的關係。 研究過程中發現許多國中課本沒提到的著名的數學特有名詞與本研究相關,如: 費馬小定理、模數(mod)、丟番圖方程式、牛頓一次因式檢驗法。

從一個內切圓的問題想起

在一個三角形的內切圓上,任取三點連線成內接三角形,我們發現當此三點為切點時,可以找到許多與切點三角形有關的性質除了一一加以證明外,並推展至四邊形及更多邊形。