全國中小學科展

數學科

新型七巧版

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。

輪“翻”上陣—探究邏輯圈之數字謎

本研究起於網路教學網站(NLVM的Tessellations),在七個兩兩交集的圈內填入指定的14個數字,使每個圈內的三個數字和均相等,我們稱之為數字邏輯圈。從基本的四~七圈我們一併探究其中奧秘,得知當數組呈現等差數列時,圈數和介在【3n+[(5k-3)/2]xd~3n+[(7k-3)/2]xd】間,且有規律的以公差為間隔出現,且排出的數組及排出的組數前後均具對稱性,更可運用此公式自由設定圈數和,求出可行的數組;或給定內外圈的數組,經雙向脈絡圖輕鬆解題。 以原數組為基模,可經由平移或轉化為正負數、等差數列、小數及分數的過程,形成更多的數組,其組數及對應的位置均相同,可謂變化萬千;再搭配不同的提示位置,將解題的難易度分級,利用各類題本×提示個數×提示位置×提示盤轉動之加乘效果呈現出眾多的題目製成數字邏輯推理盤,以為此研究之具體成果。

當「皇后」遇見「小三」-正三角形棋盤上的皇后互不侵犯問題

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。

方塊的因數與倍數

本研究主要在探討單格至8 格圖形的因、倍數問題,過程是先找出5 至8 格的所有圖形,整理觀察,找出可拼成矩形的多方塊,即為最小公倍數方塊圖的因數多方塊,並歸納這些因數多方塊的特徵。

傳統的吃角子老虎--滾彈珠的研究

星期六晚上和姊姊倆逛士林夜市,在人山人海中,忽然聽到那邊的人群裏,爆出好大一聲:「我中大獎了!」我們精神一振,心想有大獎,我也去瞧瞧!迫不急待的鑽進人叢中一看,原來是滾彈珠遊戲。看到每個檯子部有 13 個洞,而每個人在檯子中也都進了好多珠子。可是有一個人卻喪氣的說:=又是一塊泡泡糖!」喔!原來進7、8、9 個洞都只能得到泡泡糖,由珠子若進9 個洞以上,或是7個洞口下 · 獎品就越來越好。這時我也興緻勃勃的想要一顯身手,試試看。心想這還不簡單嗎?於是對姊姊說:「看我的!」趕啊趕,一盤又一盤。結果玩了四次得了四塊泡泡糖,好洩氣!也好疑問。明明大獎那麼多,為什麼我得不到呢?這個問題使我整夜想不通。和同學討論也沒有結果。最後我們決定共同去請教老師,一起探討這奇怪又有趣的問題。

心心相印

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

切蘿蔔學數學

有一天,媽媽買了一塊新的砧板,好奇的妹妹,拿著蘿蔔在上面切,切出許多不同的形狀,我覺得很好玩,試著拿起蘿蔔來切,也能切出許多不同的形體像圓形、橢圓形。到了學校我請教老師:「 一條蘿蔔到底能切出多少變化呢?」於是在老師的指導下,我們開始了有趣的切蘿蔔研究!

魔方陣的變形

本次科展作品由三角邊形的魔方陣出發,設定規則如下;在 n 階三角形魔方陣中填入給定數字,使其三個 1n ? 階三角形數字和相等。我們得出如何從 n 階魔方陣推至(n+1)階魔方陣,與給定任意一個 n 階魔方陣,如何填出一組解的方法。遵循著三角形魔方陣的填法,我們可將其推廣在平面任意 m 邊形及正四面體上。前者,我們得到給定任意 n 階 m 邊形填出一組解的方法。後者,則是可由 n 階立體魔方陣推至(n+1)階立體魔方陣;當給定偶數階立體魔方陣時,可利用自創的圓形圖進行求解,文末亦討論了具有特殊性質點的個數。

利用數學的科學概念與方法在象棋藝術中之探討與應用

(一)在學校「聯課活動」指導學生棋藝研究時常有學生提出「一車換馬炮,值不值得?」「象棋與數學有沒有關係?」諸問題。(二)民國五十八年夏,第二屆亞洲杯舉棋錦標賽在臺北舉行,(這是我國首次舉辦,也是首度與賽,共有中華、香港、新加坡、馬來西亞、泰國、高棉、越南、菲律賓、琉球等九隊參加。)盛況空前;此後幾屆在各地輪流舉辦的此項比賽,中華代表隊在團體及個人方面皆獲得了多次冠、亞等優異成絞,對於促進國民外交,提高文藝水準與地位,有相常的貢獻!但是自民國六十六年第六屆亞洲杯象棋賽在菲律賓、馬尼拉舉行,我國因國際局勢等因素而未參加;我有感想,因此盡力嘗試著將數學概念與方法滲入棋藝的研究中;此篇研究心得之報導,祈能拋磚引玉,引起共嗚,共同努力,俾一方面發揚此項國粹於深一層的探究中,另一方面藉此項「雅俗共賞」的藝術愛好,對一般廣泛的民眾施以基礎的數學教育,提供數學概念與方法,引起數學興趣與信心!(三)民國六十八年夏,應邋擔任第四屆全國交通杯棋藝錦標賽的棋證記錄工作,實際感覺到以一般坊間棋譜「一炮二平五」、「馬二進三」等方式記錄有所不便(尤其時間上),因此認為記錄方法或格式有簡化改進之必要,俾助於實戰資料之保存,參研或處理。

無奇不有的拋物線-頂點移動軌跡的探討

國中有學過二次函數y=ax2+bx+c的圖形為拋物線,可以知道拋物線頂點是一個重要的圖型特徵,但沒有討論當a,b,c值變動時,對頂點會造成什麼影響。在本研究中,我發現當a,b,c值變動或者當a,b,c其中二個數值具有二次或一次的函數關係時,拋物線的頂點軌跡圖形會是圓錐曲線。特別是當a=Pb2+Qb+R時,拋物線的頂點軌跡會出現直線、拋物線、雙曲線及橢圓等情形。接著利用頂點座標求出各種情形的一般式並得到頂點移動軌跡圖形與其一般式的充要條件,進一步針對a=Pb2+Qb+R的特殊情況進行深入的探討,利用圓錐曲線類型的判別式找出P,Q,R的值與圖形的對應結果(如下圖)。