數學科

解釋平行四邊形面積時，常垂直切下一角補在另一邊形成長方形來說明，如圖： 引起我們興趣的是它的切補手法，可以不增減材料而改變形狀。於是我們以四邊形為起點，開蛤了對圖形分割重組的研究。

同餘方程的理論，原本十分複雜，舉凡判別一個方程式是否有解；當有解時會有幾個解？該如何求解？這些問題至今仍難有終南捷徑，問其困難之所自，固是數論之對象，僅限於整數上面卻也因而限制了討論的層面，即限制了使用符號的靈動性，更影響了思維的便利，常令人如霧中看花，難以清晰。有感於此，自州政論之對象固是整數，但探討過程卻未必限於整數之上，我們何妨引進分數做為討論的媒介，使整個討論過程，得以簡化和明朗，這個手段猶如下跳棋，綠色棋子雖不能停在紅色國裏，卻仍可能經過紅色國一樣。是：跳出整數模子的窠臼，將是海濶天空。引進分數符號，同餘方程的理論，有望花開朵朵。

半年多前，我在一本有關機率的書上看到如下的題目：某女與男友相約，在下午五時至六時之間，在公園門口見面，先到的人應等候二十分鐘，求此二人在門口相遇的機率。當時我就想：如果相約的人有三個、四個或更多的話，這個機率要如何求呢？於是就著手開始研究，得到結果之後，只覺得高興，並沒有想到居然有機會把它寫出來。

是因在課堂上某位同學向數學老師請教有關這類題目之求法，而老師是以一般分析方法解題。於足我們就互相研究出以統一化之整數圖解法。原題：棋盤形之街道（如下圖）今由 S 走到 T 之捷徑中所走路線恰平分這區域之走法共有幾種？解法：等於求滿足 x1+x2+x3+x4=10且0≦x1≦x2≦x3≦x4≦5之整數解 ，今列老師課堂上之分析如下圖，故得12種

所謂約瑟夫問題，就是有 n 個自然數排成一環狀，從頭開始，殺 1(個數)留 1(個數)，求最後留下的數會是多少？該問題在台灣的全國中小學科學展覽出現多次（如表二）。而資訊界演算法大師 Donlad E. Knuth 在其著作 The Art of Programing，CONCRETE MATHEMATICS（具體數學），針對該數列作詳細的說明；但是，不論是歷屆科學展覽或是大師著作，對於該問題，都只是談及殺 1 留β或是殺α留 1。筆者本研究中利用獨創α分類、n 及 k 分類、F 函數、b 函數及循環節，將約瑟夫問題探討範圍提升至殺α(個數)留β(個數)，求倒數第 k 個留下的數是多少？

這次的研究，是由文藝復興時期的一個藝術作品所延伸出來的，只要在底層擺放三瓶酒瓶，並且其中兩瓶緊貼兩端，則依序放入十三瓶酒後，將會使得最頂層的三瓶酒一樣高。首先，我們先試著討論出擺放13瓶酒會造成等高的正確性，並且利用他的規律性，討論出向上推疊的基本型擺放的規律。接著將基本型旋轉90度後，可以延伸討論出底層為若干瓶的推廣型之規律性。最後再結合基本型與推廣型，發展出最終型的規律變化。最後總結我們找出的規律性，將它推導出各型的公式，統整後歸納於結論中。

從有關黑洞數字的兩個有趣問題開始引起我們的研究興趣，進而自創互補數差法則，繪製出自然數大爆炸圖譜，發現可以用因數分析法預測和檢驗圖譜中的數圈系的類型及大小。我們也從數圈系觀察到數圈內的數字存在著等倍數列的關係，於是創造出 K--N 法則，繪製出 K--N 大爆炸圖譜，並在繪製過程中發現橡皮筋現象。最後我們分析 1--N~4--N 大爆炸圖譜，得到許多從來沒有人發現自然數黑洞現象的奇異結果。

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。

開學不久，莊美蘭從家裡帶來了一張上面畫有的圖及六個大小不同的圓形紙盤玩具，到學校來玩，看她玩得很有趣，就向她借來玩。這時自然老師從窗外走過，看到我在玩，就停下來看了一會兒，並指點我應該怎麼玩比較好，並且說：「河內寶塔是很好的益智遊戲，要多用腦筋思考。」哇！原來這遊戲還有一個這麼神奇的名稱，我應該深入的研究一番，說不定能找出什慶取寶的方怯呢？就和莊美蘭、陳紋招在老師的指導下，做了一連串的研究。當我們對河內寶塔有了深一層的認識後，發現「河內寶塔」和童玩「九連環」在某些方面有相似的地方，於是再把九連環也探究了一番，皇天不負苦心人，終於我們得到了一些寶藏。

傳統井字棋在兩人不犯錯的情況下遊戲會平手；另外2款傳統井字棋的延伸版：奇雞連連與棋蹟連連，有人研究過，當玩家都擁有全部種類的棋子時，遊戲是不公平的。 因此，傳統井字棋是公平，但變化少；而兩款井字棋延伸版變化多，但先手必勝；因此，我們想研究的是四人版的井字棋Otrio，且玩家都分別有大中小棋可以連線。 為了研究是否公平，我們設計了動態棋譜，根據場上狀況自動評估得分，玩家可依據下棋，評估的標準是連線數量與阻擋機會，而我們透過這方式研究，可以節省掉製作全部可能樹狀圖的任務，以更有效的方式研究是否公平，而目前為止，我們發現兩人遊戲是先手必勝，但在三人與四人遊戲中，先手玩家沒有絕對優勢會必勝，所以遊戲具可玩價值。