數學科

我們從小玩過許多圖形的遊戲，因為變化很多，所以感到濃厚的興趣。

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。

當我們在數學第七冊第十三單元中，學到面積的意義與計算，老師給我們利用方格紙的疊合．來比較等周長的長方形面積，結果發現；一樣的周長，所圍成的長方形中，以正方形的面積為最大。這時我們興起了疑問：為什麼會形成這樣的結果呢？它們的面積有什慶關係？於是我們請教老師，展開了我們的研習活動，並從中發現了有趣的數。

在平面上取一∆ABC及一點P，連接PA、PB、PC形成△BPC、△CPA和△APB，同時作△BCP、△ACP和△ABP的內心、外心、重心或垂心，得D、E、F三點，當∆DEF存在時討論：一、P和△DEF有何關係？二、△ABC和△DEF有何關係？三、若對新三角形重複上述的「步驟」，一連串新形成的三角形有何性質？在整個研究的流程中，我們一開始藉操作數學軟體的方法，將每一個對應的情況找出來並加以證明，接著更進一步觀察圖形中豐富的幾何性質，使我們除了心的對應關係之外，又看到了更深更廣泛的關係，我們也使用三角函數來幫助我們精確地算出其邊、角、面積關係。當我們討論完四心的情況之後，接著我們更嘗試作出兩點推廣:(1)疊代討論極限(2)內部點推廣到平面上的任一點，這些都使得我們的題目更加多元

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。

我們想要解決在ABCD順序的組件中，利用前二組件互換，以及後推一個組件的這兩種操作方法，完成所有排列組件，並從中研究最少次數以及規律。研究中，我們從簡化原題目的3個組件作為起始，研究了4個、5個組件的自動化智慧機器人~組件排列次序探討。我們利用編號、EXCEL試算表等工具以及方法，找出3個組件的所有排列需要2個操作步驟、4個組件的所有排列需要6個操作步驟、5個組件的所有排列需要11個操作步驟。我們還發現【t】操作以及【r】操作會有不同的特性，其中多次的【r】操作會出現循環重複。利用此性質來做分組，發現組與組之間的各種性質。結果若能運用在實際的組件操作上，也許對於機器人的效能會有所提升！

某一天當我正在作圖時無意之中發現到2/3=0·666… 在這直線坐標系裹不知該如何下筆來點出這令人頭痛的一點， √3= 1.732…… 也碰到同樣令人百思莫解的問題，於是我絞盡腦汁，十分費神地反覆思考著，想觸類旁通來發現代數中＋─X÷ 在幾何上扮演著什麼重要角色？能否利用幾何方法證明三大平均數呢？這一連串的問題，引起我無限的好奇，但又攪得我眼花撩亂，頭昏腦脹，於是下定決心，想徹底細心加以研究分析，來證明這顛撲不破的真理，但卻又令我腸枯思竭，不曉得該從何著手做起，於是便與志同道合的同學，日夜不間斷加以深入討論，有問題再去請教數學老師，終於發現到其中奧妙的哲理，想做一個代數與幾何的橋樑，來溝通代數與幾何的密切關係。

「非對稱性螺旋槳定理」是一個很有趣的定理，並且有好幾個相類似的推廣性質。我們 試著自己提出這些性質的證明，並且嘗試作一些推廣的探討。

我們經常利用笛卡兒和費馬提出的坐標法解決各種幾何問題，或由平面鏡的光學性質處理最短路徑問題。但我們希望暫時擱置傳統的幾何證明方法，改由力學的觀點出發，將兩質點系統的重（質）心關係與槓桿平衡的概念推展成為一種有效的方法，藉由調整系統中各個質點的位置來導出各質點分布平面三角形的幾何性質。目前我們已能解釋：三角形的三中線交於一點M(重心)、三角形的三內角平分線交於一點M(內心)、三線共點(西瓦定理)、三點共線(孟氏定理)、黃金分割、……等幾何定理。對於空間中的四面體，我們也同樣利用兩質點系統的重（質）心關係與槓桿平衡的概念導出了十幾個類似於三角形的西瓦定理、孟氏定理那樣的性質，暫且將之稱為凸四面體小定理（1）?（10）。

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。