數學科

本文所探討的是關於有趣的移位遊戲，並利用遊戲技巧定義出?跳島攻法?，當移動過程符合跳島攻法，可得到最少移動次數步驟，其最少移動次數的公式：※當符合（空格數/字母數）≦1/2 時，奇數個字母為N2+3N-8/2次；偶數個字母為N(N+1)/2次。利用數據推導出解題公式(p.11)後，嘗試找出移動步驟之規律證明(p.9~p.12)，希望獲得公式的正確性，最後更以多元的反例驗證(p.17~p.25)，試圖以足夠的數據證明公式的正確性。反例驗證發現，當違反?跳島攻法?的任何移動方式與技巧，皆無法獲得更少的步驟數，因此更可推論證明出遊戲公式之正確性，獲得破解本移位遊戲的最佳策略。最後，希望這些數學方法可推廣至一般移位遊戲。

如下圖所示，在一邊有6個圓圈的正三角形棋盤，將某個圓圈擺上皇后，此為皇后的根據地，箭號所指的三個與邊平行的方向，是皇后所能管轄的範圍，且兩個皇后不能互相管轄到對方的根據地，不是根據地的圓圈可以兩個皇后共管。我們的研究在討論一邊有n個圓圈的正三角形棋盤中使每個圓圈都被管轄到時，最少需要幾個皇后以及最多可放幾個皇后。為了解最少需要的皇后數，我們採用算術推理以及從三個方向(↘、↙、←)的考慮、由外而內的一整排來作邏輯上的推理得到了一邊有1~12個圓圈的正三角形棋盤的最少皇后數，並嘗試透過電腦程式的執行求出更大邊圓圈數棋盤的最少皇后數。最多皇后數部分，我們透過數學歸納法得到了所有邊數情況的最多皇后數。

本次作品主要研究三角形垂心、重心、外心、內心之相關軌跡變化，以及四心在不同情況時的排列組合。我們發現三角形頂點水平移動時，垂心的軌跡為一?物線圖形，重心為一水平直線，外心為一鉛直射線，內心則是一弧形。我們又觀察鉛直移動的情形，發現，內心為一弧線，另外三心則為鉛直線。之後把討論擴展到圓上，我們發現垂心的軌跡是此單位圓的對稱圖形，重心的軌跡是此單位圓內的圓，外心的軌跡即此圓的圓心，內心的軌跡即由兩個圓弧構成。接下來，在三角形中同時觀察四心，我們發現在等腰三角形時才會四心共線，且共線的次數會隨著底與高的比例變動。最後，我們在等腰三角形中發現：當等腰三角形底角的 值為1/4時，四心會等距排列。

本研究探討一支刻度很少而長度為整數 Kcm 的節約尺，這支尺可以從 1cm、2cm、3cm、…，量到 Kcm，我們找出最大的 K，並且探討尺的間隔數和尺長的關係。我們發現有 N個間隔，一定會產生種間隔，尺長不會超過 cm。我們還找出了間隔組合總數的算法，當間隔數越多，間隔組合總數就越驚人，從幾十萬筆資料中，我們找出了 1~8個間隔的最佳解。當我們把這些間隔組合總數算法所形成的數列排在一起，發現這些數列竟然和巴斯卡三角形有關。

數學是一門啟發思考、開拓系統化知識的一門學科，自古以來，她就一直伴隨著人類？她的精神、內涵亦是隨著而漸入，但是很不幸的，傳達她的精神、內涵的機構 一類學教育，普遍地在各種「場合」上出了毛病，當然，這種毛病其有「漸進」與「以訛傳訛」的特性，我們姑且先不論這種「特性」的內容，我們今天所要談的是她的「源由」；作者基於對這種「源由」的需要感，產生尋求的動機，從教師們的教學情形，學生們對於教學與教材的反應情形，以及對學習者的心理狀態，作一粗淺的探討，我們很容易覺察到此脈粗淺的研究心得，只能供各位教師與教學工作者的一種參考，但「數學教育」的改進，正需要許多「參考」的研究心得來綴合諦造，作者擬以此種「行為」，來激發教師們對此類問題的普遍注意與研討；俾能達到互輔互助，以完戊改進數學教育工作的目標。

我們一開始從雪花繁複又有規律的圖形得到靈感，並尋找了一些水結晶成冰、霜的圖片，發現其形狀雖然複雜，但皆同時具有「相似」及「無限規律」的特性。因此便以這兩者為方向，找尋符合此特色的圖形進行討論及研究。其中我們將它們分為兩個單元：（一）不斷向外/內延伸的內切/外接圖形；（二）相似形重覆以規則方式相疊的碎形。我們的研究方式是先以較簡單的內切/外接圖形為基礎，再針對一些參考資料上較常見的基本碎形圖案（如三角形相疊成為星形...等）進行演算。有了上述的經驗後，便可以開始對碎形的形狀等特性進行變化，進而製造出我們有特色的碎形，並探討其圖形間奇妙的關聯性。

柏拉圖時代就被發現的五個正多面體，一直吸引著人們的好奇心。它們經常出現在國小的教科書以及一般補充教材上，不過通常都是利用它們來介紹尤拉公式，對於另一個令人感到興趣的問題 ─“展開圖”的介紹卻不是很詳盡。在我們的研究中，對於正六面體與正八面體，我們找出了一組簡單、易記的模式，來判斷某個平面圖是否為正六面體或正八面體的展開圖，同時我們也找出了一個利用基本模式，就能產生所有正六面體與正八面體的展開圖的方法。

今天上自然課，老師要我們作科展，我回家後就開始找題目來做，因為可以做的時間不多。我忽然想到參觀前年本校校內科展時，一個有趣的問題，裡面的內容大約鎚這樣的： 有一位落魄的王子在別國做錯事，那裡的國王要殺掉他，就為他出了一個難題，要王子和另外八個死刑犯站在一起，讓一位公主來數，從第一個開始，數到七，就殺死那個人，一直數，數到就殺，但如果最後剩下王子沒死，王子就可以回國。最後公主用智慧救了王子回國了。 當時我覺得他們解決這問題，如果犯人的人數隨便改，或改成不是七個一數呢？我記得他們每次都要從新算，而且要算很久，因此我認為他們並沒有研究出這類問題的一些關係，所以我就決定用這個題目來做這次科展的問題。

在浩瀚的海洋當中有一個神秘的百慕達三角洲，那麼在數學幾何當中是否也有神秘的三角形呢？ 在課堂上，數學老師提到拿破崙不只是軍事家而且也算是數學家，他在數學史上留了一個以自己為名的三角形定理，名為拿破崙三角形定理。當看到此圖形〈圖一〉，幾何當中有如此神秘的圖形，因而興起了對此圖形深入研究的慾望，也是讓我們自己對數學有更深入的了解。雖然它是簡單的幾個三角形與線段所組成的圖形，卻是個富含許多創意與深思的幾何圖形，讓我們不由自主的陷入其中。

本研究探討由正三角形所組成的正多面體及其展開圖的型式，多面體的其中幾面塗上顏色，在同樣由正三角形所組成的棋盤上翻滾，找出翻滾產生的規律，並自創新的滾積木遊戲。