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數學科

真是知「面」、知「心」又識「高」的雙心多邊形!

1.雙心n邊形中,過任一旁心作不相切邊的垂直線(旁心高)並與該旁切圓交於一點,再過此交點作旁心高的垂直線(旁高垂線)則 (1)過內心I作旁心高的垂直線,則該垂足與I、對應切點形成一角具有旁高垂線與圓I是否相交的判別性質。 (2)透過旁心高和旁徑、內切圓、外接圓半徑的關係,進而推導出雙心n邊形面積和三種半徑有關的一般式。 (3)只有雙心四邊形的四條旁高垂線相交形成的旁高垂四邊形和原雙心四邊形全等,且具有對偶性。 2.雙心n邊形中,過每個頂點作不相切邊的頂點高,會與對應外接圓圓心角之正弦函數值有漂亮的比值關係式。 3.推廣文獻1結果到雙心四邊形,可得內切圓半徑與四個旁徑間類似的關係式。

n倍等角差線

本研究從分析產生n倍等角差線的聯立方程式與參數式出發,首先從觀察圖形的變化及計算,得到不同初始條件下的圖形分類,進一步探索其漸近線、輻射點的特性,並解決文獻中的稠密性猜想。 本研究再考慮n倍等角差線經旋轉、鏡射、反演後的圖形,討論封閉圈數,並求得分割區域數。並且得到當n為有理數時,能利用圖形逆推n值。

拈拈有餘——單堆拈必勝策略探討

本文以單堆拈有關的問題出發,討論當給定首項為1的連續數列,接著再就未刪除、刪除不同長度連續或不連續的數列等條件,觀察結果並找出其必勝策略。在刪除特定數列時,發現必勝點的數量與大小與「刪除的數列的首項」和「刪除的數列的長度」有關,最後將其簡化成公式。

三角形周長分割點交叉連線的截成線段比例研究及其逆命題

在三角形邊長上任取的一點M,探討由M點出發依序把三角形周長分割成四段,經由「孟氏定理」研究三角形周長它的四個分割點交叉連線的截成線段的比例與M點分割三角形的邊長線段比例有何關係式,而且進一步探討它逆命題成立的條件。

心心相連—探討五線繪製三角形的性質

本研究使用幾何繪圖軟體,利用五條直線繪製至少三個三角形,進而探討這些三角形的相似、全等、五心與內部結構,分析其中存在的數學規律或幾何性質,主要探討為三角形的五心共線和重疊問題。本研究發現,五條直線有一定規則才能繪製出三到五個三角形,且特定畫法的三個相似直角三角形的外心會共線、四個相似或全等三角形的垂心會重疊、三到五個相似或全等三角形的旁心皆會共線或重疊。

螺線雙重奏—黃金螺線與阿基米德螺線的交點關係

本實驗研究螺線圈數、擴大倍率對黃金螺線與阿基米德螺線交點數的影響,並預測交點座標。研究發現: 1.透過趨勢線預測圈數變化時的交點數,分別使用第一至第四象限預測,發現四個象限各別形成的趨勢線預測值總和會有較高的準確率。另外,我們也利用兩螺線圈數來推導出預測交點數的公式。 2.透過趨勢線預測兩螺線比例變化時的交點數,當黃金螺線和阿基米德螺線擴大倍率的比值越大,交點數越多。 3.前25個交點距離、夾角及圍成三角形面積所形成的趨勢線,用以預測第26個交點之後的數據,誤差率在5.16 %以內。 4.預測交點座標第26點以後,發現預測越接近x軸的交點,y座標偏差率越高,x座標偏差率越低,反之亦然。

有正就贏

本研究的目的是探討巧克力遊戲,切到剩1塊巧克力,對方無法再切時,就贏得遊戲,巧克力紙板的形狀及尺寸與遊戲獲勝的關係。 研究結果發現:巧克力紙板是正方形,後行者切出正方形給先行者,就會贏得遊戲。若正方形的邊長為A,先行者切給後行者n條,先行者贏的比率的分母為(A-1)+(n-1)2,分子為(A-2)+(n-1)2。 巧克力紙板是寬為A,長為B的長方形,先行者切出正方形給後行者,就會贏得遊戲。若A≦2,後行者贏的比率的分母= A+B-2;若A>2,後行者贏的比率的分母=A×(A-2)+B。 此遊戲獲勝的關鍵是「正方形」,先行者或後行者只要能切出正方形尺寸給對方,就會贏得遊戲。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

三角形內特殊直線變換所構造的軌跡

本研究探討給定三角形經由其三中線、三中垂線、三高、三內角平分線、兩外角平分線及一內角平分線,將線段延伸為直線,分別以其與邊或邊的延長線的交點為旋轉中心同時旋轉,作為新三角形的三個邊,圍出新的三角形時(簡稱為變換)的性質,並關注重心、外心、垂心、內心、旁心的位置。 本研究分析變換一次,尋找新三角形隨旋轉角度變化的性質;及固定某個旋轉角度,進行n次變換時,形成的點列所在的曲線方程式。 結果顯示,變換一次時,根據三線選擇的不同,各自出現陪位重心、心的重疊、Kosnita 點、多心共圓、共圓錐曲線…等性質;而當固定某個旋轉角度,進行n次變換時,則分別有等角螺線或收斂到特定形狀的性質。