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數學科

角格織網-探討角格矩形中對角封閉區的角格數變化

本研究目的為在相同的等腰直角三角形密鋪而成的矩形中,若從右上角頂點分別往左與往下移動數格,及左下角頂點分別往右與往上移動數格,再分別從左下往右上連接2條直線,並將這2條直線拓寬成一個封閉區域,則此對角封閉區域T會經過幾個三角格呢?先從左下角至右上角的對角線會經過的三角格開始觀察,發現經過的三角格數量與矩形長邊、矩形長、寬邊的最大公因數有關。接著將對角線有規律的拓寬成不同的封閉區域,並將經過的三角格用相異的顏色區分,用逆向思考的方式,把矩形中的三角格總數減去2直線經過的三角格數量,順利找出計算公式。最後我們也用相似的概念順利找出另一方向對角封閉區域H的計算公式,讓整個研究更為完整。

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

圓外切多邊形邊延長線的前「式」今生!

1.根據文獻[1]、[2],關於圓外切四邊形一組對角兩頂點和內切圓圓心形成的三角形之心頂點外接圓與該四邊形邊延長線相交產生的線段與邊長關係式,推廣到圓外切n 邊形時,得到漂亮的關係一般式;圓外切n 邊形的n 個心頂點外接圓中,相鄰兩圓間的邊延長線關係式,藉由定義兩圓交點與邊延長線相交的位置關係得到完整的表示。2.由第一代圓外切n 邊形聯想作出第二代圓外切24n − 邊形時,其心頂點外接圓與其各邊延長線交點有共點現象。 3.單一個或任相鄰兩個心頂點外接圓分別與原內切圓的面積(或周長)及特定線段之比值乘積是一個定值(或另一個定值)。 4.推廣到圓外切n 邊形的n 個旁心也得到旁心頂點外接圓相關的邊延長線關係式。

心之所「向」—多個旋轉中心旋轉任意點的形心性質

從《虛數:從零開始徹底搞懂虛數 少年伽利略1》中的問題作為出發點,主要探討如何透過簡單的方式證明當給定樹的位置後,絞刑臺的位置不影響樁所形成的寶藏位置。在過程中,發現並證明了旋轉角度改變時,樁所形成的寶藏位置之移動軌跡為圓形。其中不論樹的數量和位置如何改變,皆能利用三角形全等和向量的概念證明樁的所形成的寶藏位置不受絞刑臺位置影響。後來我改變旋轉的程序,在n 棵樹的位置任意與旋轉角度任意的條件下,推得寶藏的位置形成兩個正n 邊形,可用於對寶藏位置進行加密與解密。

「積」「極」向上

本研究旨經「阿基米德積木」堆疊操作與研究,透過「角度」、「線段」等不同變因進行演練推算,探索與堆疊高度最大值的相關。 在研究堆疊螺旋塔的過程,發現到積木交疊處介於 6

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,去完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論了利用1、2、3 個圓去覆蓋的情形,並分銳角、直角、鈍角三角形去做分類,有完整的結果。並在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律。

隨「波」逐「浪」—探討波浪數列的性質

本研究探討將連續正整數1至𝑛依大小交錯排列所形成的「波浪數列」,其定義如下:除了首項與末項外,每一項皆大於或小於其相鄰兩項。我們分析在最大數為 𝑛 時,波浪數列的各種情形與其在數量上的對應關係,從中歸納出排列的規律,並推導當首項為 𝑘 時的排法總數,進而求出所有波浪數列的排法總數。

蜿蜒曲折

本作品研究「從幾何圖形問題探究如何以最多或最少的路徑轉折次數通過各類幾何圖形的所有中心」,同時解決科學研習雙月刊的問題。主要將該主題分為:研究各類幾何圖形路徑轉折處只能在中心、路徑轉折處只能在頂點與路徑轉折處在中心與頂點給定依序輪流條件時,路徑轉折次數的最大值及最小值與邊格數之關係,更可延伸探討長方體及矩形不同路徑走法組合。再者,由路徑的行進方向發現,在將各類幾何圖形的路徑方向化為代數後,可將路徑過程表示為一個代數列。若代數列相鄰的兩項為相同代數,則該路徑為一直線;若相鄰的兩項為不相同代數,則該路徑為路徑轉折處。比較至代數列的最後一項,即可找出該幾何圖形的路徑轉折次數,並用代數列驗證其一般式。

鳩佔鵲巢巧護食-有限相連環狀排列之探討

本研究旨在探討科學研習月刊62-2期中「鳩佔鵲巢」的問題。首先小斑鳩編號是0,喜鵲編號1、2、3、4、5,沿著圓周排列,探討餵食的順序為選第一隻編號k喜鵲餵食,下一隻被餵食的鳥是由這隻鳥開始,順時針接著沿著圓周數的第k隻鳥。接著編號r喜鵲,再由這隻鳥開始沿著圓周數的第r隻鳥,以此類推。但若餵到編號0斑鳩,會將食物吃光。探討喜鵲n隻,當食物n份、無限多份時,以及當餵食順序為順時針、逆時針交替時,所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。並延伸討論(1)當斑鳩二隻位置相鄰時,(2)當喜鵲吃完一份食物後即飛走時。食物n份、所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。

凹凸有竅門,完美再呈現! ~六邊形蜂巢堆砌策略之探討

我用前兩年研究的結論延伸探究在凹凸形狀的蜂巢中擺放灰色六邊形透過有系統的堆砌方式及策略應用,兼以「一筆畫」方式檢驗是否為最佳化組合並依據模組間的相互關係值,求得K值包圍的白色六邊形總數計算公式 。 在P值相同的條件下我得到幾個結果: 1.凹角一種和凸角二種皆能有系統的堆砌及排列規則。 2.經由模組相互間衍伸出的關係值所有個別模組的W值總和、角對角數量(A值),共用格數量 (S值)可找出較佳的堆砌組合,並求出包圍的白色六邊形總數(K值)。 3.透過「一筆畫」方式,能找出最少路徑數(K值),以檢驗每種堆砌組合是否為最佳化組合。 4.得出的結論延伸應用於課室的分組座位安排,以縮短課堂巡視的路徑數(K值)。