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數學科

三角形內心、重心、垂心的另類推導

本文由三角形幾何開起動機,並結合力學的觀念,來推導幾個已知的三角形幾何,其中包括三角形內心、重心、與垂心,推導的過程主要是以力學中「作用在剛體上的三個共面不平行的力是平衡的,則它們的作用線交於一點」的結論來做推論,三角形內心以力的合成與力的分解兩部份做推論,三角形重心以六個相等力做推論,三角形垂心則以力的垂直分量相加來做推論,而這另類的推導也得到合理的結果。

正方體展開圖的探討

今年( 88 年)春假,閒來無聊,順手翻出四下(第八冊)的數學,回想當時在學習第七單元─「長方體與正方體」中;有一種「下列各展開圖中,何者可折回正方體?」的題目;面對這一種題目,老師總是要我們實際操作後,再圈選出來正確的答案。如此一來每一次做一題題目總是會花費了我不少的時間,因此我才想找出更好更快的方法,來解決這一個問題。為了找出更好更快的方法,我找了幾位志同道合的同學展開了以下一連串的研究,並且隨時請教爸媽和老師。

吃格子大亂鬥

從遊玩Dots and Boxes中3×3的遊戲設定中發現必勝法,藉此推廣其方法至大小2×n的的狀況下,尋找其中的相關規律。

撞球台上的黑盒子

由於受到學習經驗的影響,我們理解可利用鏡像作圖,找出撞球台上從某一點「繞球台」撞至另一點的第一碰撞點位置。但面對真實撞擊時,就會覺得當判定用的線段落至球台外部時,會使得撞擊方向的確定更為困難。我們希望找出可將所有判定因素拉回球台上考慮的方法,以提高理論的應用性。 我們針對以「對邊連續碰撞」與「繞球台」兩種方式,撞擊母球至另一指定位置的撞擊方向進行討論,從少顆星探討到多顆星,從「對邊連續碰撞」探討到「依序繞球台」再到「非依序繞球台」,透過不斷試驗、推證與修訂,確立了「對邊連續碰撞」的簡易撞擊方向判定法,並證得以「黑盒子中心」找出判定「繞球台」撞擊方向的理論。依據推得的理論作圖,可得出P點繞球台n顆星撞至Q點的初始撞擊方向,若依此方向將P點撞出,則點P必能撞至點Q位置。

有趣的湊錢法

有一天上數學課的時候,老師忽然提出了一個問題:「用1元、s元、10元、50元和100元的錢幣湊成 1256元,有幾種湊法?」我們覺得這個問題很有趣,但是一時之問答不上來,課後三五成羣,聚在一起討論,拿出錢幣排排看,發現情形錯綜複錐、種類繫多,無從著手,於是想到分類整理,作圖解,第二天提出了許多不同的答案,…… 414種,102 種 ..九百多種,二千多種 · · · · · · · 一但都沒有 172 把攔,隨後老師告訴我們種敵很多,不只這些,要知道正確答案,須先簡化問題,列表,找出規律性,並告訴我們這種方法是以後做學問常用的方法。於是在老師的指導下,我們做了以下的研習活動。

倒水的魔術?圖解分水問題

「分水問題」原自於古代的一個數學問題:有個農夫到油行要買2 袋4 升的麻油,但是油行只有3 升、5 升兩種容量的量杯,沒有其他的測量工具,油行老闆如何利用這兩種容量的容器倒出農夫所要的2 袋4 升麻油呢?這個原本是個生活中現實的問題,現在已經演變成一個數學益智遊戲的問題,不只小學的數學課本曾經出現類似的問題,甚至於連電影都曾經拿它當作劇情(終極警探3)。我們將分水問題中的每一次倒水步驟用座標的方式來記錄,再將它用圖形來標記,進而探討它的規律,讓「分水問題」變的簡單而有趣。

Shoot?or not?—以全決策盒分析循環賽局之最佳策略

物價飛漲時,商家會用什麼方式因應,以維持或增加客源? 我們將此想法,轉換為循環槍手賽局,針對其策略進行探討。遊戲規則:槍手依序輪流開一槍,若自己的靶被擊中就必須退出,最後留在遊戲中的為勝利者。若參考槍手們的命中率,並選擇射擊對象或不射擊,則如何決策才能讓自己的勝率最高? 先運用樹狀圖及幾何的方式找出兩人槍手遊戲的Nash平衡解。再考慮三人規範式槍手遊戲:選定一策略,只要槍手組合不變,其策略亦不變。給定三槍手的命中率,可用機率轉移矩陣及全決策盒找出最佳策略。而槍手的命中率或過去行動訊息缺乏時,可運用條件機率及截面的概念,找出其不完美最佳策略。推廣到一般化賽局的全決策空間,試提供賽局理論一個新的分析方法。

從拼盤看費氏數列及費氏馬的捷徑

暑假時我們幾個同學想研究一些數學課外讀物,就向老師請教,老師建議我們去做比較有意義的學習,如製作科展,並提供一個方向-費氏數列,告訴我們:九大行星的距離、鸚鵡螺的螺旋角度,都和費氏數列有著微妙的關係呢!鼓勵我們費氏數列是一個大寶藏,只要花心思,很少會空手而回。於是開始展開我們研究的系列,蒐集往年的科展資料,上網路查詢,到師大數學系圖書館翻閱雜誌,到書局翻書找靈感.....,開始研究這一串神奇的數列。

剪不亂,理還亂-我就是不變心

三角形有一個多邊形缺角時,重心會產生偏移,如何切割截角,使得截角後圖形的重心回到原三角形的重心。這樣的截角稱為不變心截角。本研究將三角形的缺角分成六類,並成功找出不變心截角法則,完成此六類的不變心截角。 我們並探討不變心等積切割問題,就是當三角形有一個多邊形的缺角時,在另外兩個對應位置截去兩個與缺角等積截角的作圖方法。我們先完成正三角的不變心等積截角。再以正三角形為媒介,透過平行線之間的面積轉移,完成底:高為2:√3的三角形之不變心等積截角。以此成功的例子為基礎,我們找出並證明任意三角形不變心等積截角的方法,並成功完成缺角為任意多邊形的不變心等積切割。

平方根近似值的最新解法---二分逼近法

現在有許多求平方根的方法,有精準而麻煩的,如:《十分逼近法》、《直式開方法》。也有簡單而不準的如:《內插法》、《圖解法》。經過我們的研究討論,得到一平方根近似值的最新解法──二分逼近法。此法可以綜合以上的優點,除去以上的缺點,並將它推廣成為一個有用的方法。