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數學科

Lissajous的神祕面紗

兩個互相垂直的簡諧運動所構成的圖形即為Lissajous曲線,可寫成{x=p1cos(α1t+c1) y=p2cos(α2t+c2) 的形式,而當且僅當頻率比α1/α2為有理數時,圖形會形成一個封閉曲線,且會有重合與不重合兩種情況,將兩種情況分開討論,對於任意給定的頻率和相位差,我們求出了Lissajous曲線的二重點(double point,指曲線與其本身相交的點且曲線在該點的兩條切線斜率是相異的)參數值及其個數公式以及判別其重合與否的充要條件,也對Lissajous曲線的連續性質做了一些研究,包括切線斜率、反曲點個數等。並將Lissajous曲線拓展到三維的情況,發現大部分的情況下圖形是沒有二重點的封閉曲線,也得到了在固定頻率比的情況下,二維Lissajous曲線相位差的改變即為三維Lissajous曲線在空間中旋轉的投影這一有趣結果。

滾動棋積—三角正多面體與滾積木遊戲

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。

費伯那西?盧卡斯?向日葵到底愛誰?

利用生物的幾何性質,歸納出生物成長的特殊規律性與數學幾何的密切關係。再針對菊科類植物花盤內螺旋線數量的獨特性質,去探討並推論其順、逆螺旋線數和費氏數列( Fibonacci Sequence ) 以及盧卡斯數列 ( Lucas Sequence ) 的特殊相關性,及其形成此規律性的原因。並藉由Maple執行各種不同發散角所模擬的花苞生長情形,來解釋為何黃金角是造成花苞排列緊密的最佳發散角。

原理淺顯易懂的環形面積簡單算法

我們檢討數學課本十一冊,練習十五,第四題:「圓池一個,直徑 10 公尺,在池的外圍築寬l 公尺的路,算出路的面積是多少?」時,大家都願用大圓面積減去小圓面積的算法: 62 × 3.14 -52× 3.14= 34.54 或(62-52)X 3.14來做。這時我問老師:「是不是可以用(10+1)× 3.14=34.54 來做?」不等老師的回答,王同學搶先說:「老師,我認為這樣做只是一種巧合,因為我用別的數字試過了,結果答案不同,況且也無法解釋它的理由!」老師聽了,告訴我們:「凡事在沒有得到充份理由來解釋以前,不要冒然就下斷語。這個問題既能造成巧合,必定有它的道理在。」於是我們幾個喜歡數學的同學,便聚在一起研究到底能不能用(10+1)X3.14= 34.54,這種方式來做?又怎麼來解釋它的道理呢?

有趣的分液法

從國二開始,因為經常在實驗室裏做化學實驗,發現實驗室裡,有很多大小不同的只知容量,但無刻度之燒杯,有一次興致一來想利用這些大小不同的燒杯,來平分一個注滿液體的燒杯中溶液,於是激發了我們研究如何在量計工具不足的情況下來分裝液體。

幾何夾心餅

國中數學第五冊第五章最後一節中,談及有關四邊形的外接圓及內切圓部分(P133 ~137),提出兩個定理:1.四邊形中,若一組對角互補,則四邊形有一外接圓。2.四邊形中,若它的兩組對邊長的和相等,則四邊形有一內切圓。並推得以下結論:(l) 內角不是直角的菱形,有一內切圓,而沒有外接圓。 (2)長與寬不相等的矩形,有一外接圓,而沒有內切圓。 (3)正方形有一外接圓,也有一內切圓。由此我們引發了一個問題: 『 是否唯有正方形才同時擁有內切圓及外接圓? 』 它的答案似乎是肯定的,為了證實起見,我們一起去請教老師,老師覺得這問題很有意義,因而鼓勵並指導我們著手探討。

挑戰!再挑戰

第八次的「我來挑戰」是這樣一個數學題:「小明的媽媽宣布:『考試滿分第一次給獎金 10 元,以後每增加一次,獎金是前一次的二倍。」小明在上學期一共得到十次滿分,他總共得到多少獎金?」我交出答案紙後,覺得用一次一次連加的方法,次數一多,不但麻煩,而且容易出錯。如果能找出簡使的貿法,可適用於不同的獎金倍數和次數,那該多好!我把這們想法和同學討論,他們也認為這是個好主意,就去請教老師,要怎樣做才能找出這例公式?老帥說我們能進行自我的再挑戰,真是太好了。這類問題在數學上是等比級數求總和的方法,就指導我們進行下列的研究。

對於學習者接受領悟過程之心理研究以及教學方式教材改進的建議

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。

多邊形面積平分研究

一線段可以平分,即這線的中點;一角可以平分,即這角的平分線,這都是基本作圖。我們隨即想到一個三邊形、四邊形、五邊形,甚至可推廣到 n多邊形也應可以平分,也就是作一直線,把面積二等分。以下就是我們粗淺的討論過程。

凹凸有致---多邊形的重心

課堂上所學得的重心僅止於三角形,並未提及四邊以上的多邊形或是凹多邊形的重心。於是我們利用網路及圖書館查閱多邊形的重心相關資料,找到以前科展的兩篇作品,及數學辭典中相關的幾何學知識。在了解資料的內容並試著自己作圖尋找多邊形重心時,我們發現以往科展作品中有錯及某些問題未曾解決。於是我們利用了【面積交換性質】找到修正的方法後,便可用【槓桿原理】求得正確之重心。並且此方法可推廣到凹、凸N多邊形。之後,我們也發現凹四邊形的重心隨著圖形的不同而存在於形內、形外、邊線等不同位置,進一步的我們研究出判斷式。至於凹N(N≧5)邊形之重心位置,是否存在判斷式?我們仍在努力尋找中。