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數學科

耍「薛骰ㄊㄡˊ」--- Sicherman Dice 的探討

Sicherman Dice 就是一對點數配置與正常骰子(6 面正立方體,點數為1到6) 不同的骰子,它所拋擲出的每一種不同點數和(2,3,4...,12) 的機率恰好與一對正常的骰子相同。這種骰子是美國的Col. George Sicherman 所發現的。 Sicherman 更進一步指出:在不使用Sicherman Dice的情形下,不可能找到一組大於或等於三顆的非正常骰子,它們拋擲出的每一種不同點數和的機率恰好與一組同數量的正常骰子相同。本研究的目標在於1. 尋求計算「Sicherman Dice的組合和正常的骰子有相同的出現機率」的方法2. 證明Sicherman 結論的真偽及是否適用於其他正多面體(4 面/ 8 面/12 面/ 20面) 的標準骰子3. Sicherman Dice (Crazy Dice)的延伸探討(1) 不同面數骰子的組合,是否可以找到面數組合相同,但點數配置不同的 Crazy Dice( 如4 面與6 面的標準骰子組合,找到4 面與6 面的Crazy Dice)(2) 多個面數相同或不同骰子的組合,是否可以找到面數、個數及點數配置皆不同的Crazy Dice ( 如3 個4 面標準骰子組合,找到2 個8 面的Crazy Dice)同時我們也和Col. George Sicherman取得聯繫,討論當年他發現Sicherman Dice的經過及其結論的限制條件,作為本研究未來發展的參考。

生存者遊戲

本研究實驗一:12位同學進行遊戲,每3個一數,第三人即出局,找出最後一位生存的人。雖然,實地進行遊戲找出最後生存者的方法很有趣,但人數增多時,要找出最後的生存者要花費很多時間。因此,實驗二:我們改以紙筆畫格子的方式找出最後的生存者,並將人數定為25人,從圖形中找出規則性。實驗三:我們試圖推演算式,結果發現必須先算出特殊總人數的例子並且表列出來,才可以推算所設定的目標人數之最後生存者的編號。實驗四中,我們將3個一數的方式改為5個一數,我們發現具有相同的規則性。最後實驗五,我們進一步研究「7個一數」、「9個一數」和「10個一數」亦有相同規則性的有趣遊戲。

有趣的移位遊戲

去年暑假我們參加學校舉辦的少年科學研習營,老師出了一個數學問題,很有趣,叫做移位遊戲。遊戲內容如下:你能不能動腦筋將左下方棋盤上的棋子,在下面的兩個條件限制下變換成右下方棋盤的情形(也就是將空格兩旁的黑白棋子換位)。

魔幻金鑰

資訊爆炸時代,資料的流通迅速方便,但安全性也跟著降低,從前以實體文書往來信件時,還能夠在信封上加上彌封,但是電腦網路世界要如何加上這道彌封呢?這也是目前各國重視的資訊安全的部份,強化電腦資料的保存方法,就是加上密碼,這到密碼就是我們所說的彌封,在網路中有了這道彌封,即使資料不慎被竊取,只要解密金鑰不被破解,那重要的資訊便不會洩漏,所以我們便以加密的方法應用為主題來進行探討。

利用循環節位數作質數判斷與因數分解

壹. 本作品主旨在於利用將 1/n 化為循環小數後所得之循環節位數來作質數的判斷,並將n 分解成標準分解式。因質因數2,3,5 易於判斷,故本文所提的自然數 n 排除2,3,5 的倍數。 貳. 一. 1/n 化為循環小數後所得之循環節位數以表之,稱為『n 的循環數』。二.(K個1)能被n整除之最小正整數K即為,本作品以Excel 程式來求 K。 ?. 一. 若不為整數,則確定n 不是質數。二. 若 =1 或2,則確定n 為質數。三. 若 為大於2 的整數,本作品無法立即確定其是否為質數。 肆. 若經第?點處理,為一.或三.之狀況,可先將分解,再檢查小於或等於 的質數中,所有循環數為的因數者是否整除n ,即可判斷n 為質數或順利找到其質因數將之分解成標準分解式。

紙摺雙曲線等二次曲線及其圖形方程式數學原理的研究

紙摺圖形中完整的數學理論,尚無人提出。本文是作者為解釋圖形的全貌,而研究出解圖方程式的理論基礎。文中的一項特點,即嘗試引用比較淺顯直觀的方援,來解稈所繪圖形及其方程式的求法,藉以讓高中程度的學生,得以理解解題中描述的要領。而尤其往意的是,其間並引入三種理論,以輔助解題的思維過程。紙摺圖形與一般紙摺花鳥生物等美勞工藝同具有高度的趣味性,而其圖形優美處直可與一般製圖工其所繪者相媲美。本文中將詳細斂述出紙摺圖形歸納的結果,及解圖形方程式的幾種方法。

線性計畫之理論推廣

線性計劃在數學中是一支新起的部門,它主要的基礎是受193年J.von Ncumann與W.Lcntief 之經濟理論影響,而於1940年為F.L.Hitihcoch與 L.Kantorovitch 等人所建立,而今日在工程學上與經濟學上都廣泛的應用。所謂線性計劃乃在求定義於有界多面凸集合之線性函數;f( x1)C1X1+C2X2+……+CnXn+d 之極大值與極小值的問題。本文主要將高中數學程度所提及之二維空間中線性計劃的理論推廣到 n 維空間。

哇!好多的1、2、3!──外觀數列

「外觀數列(The Look and Say sequence)」為依照外觀產生下一列的數列,第一列為「1」,第二列則描述第一列「1 個1」而為「11」,第三列「21」,第四列「1211」,依此類推。本研究針對外觀數列的各項數學性質作研究探討,並由此推導出外觀數列的一般式,即給定第n列就可知道該列的內容。

天使與魔鬼

2008 年環球數學競賽秋季賽有一道題目如下所示:在無窮數列{a(n)},a(0)=0,若n 的最大奇因數除以4 餘數為1,則a(n)=a(n-1)+1,若n 的最大奇因數除以4 餘數為3,則a(n)=a(n-1)-1。此數列的首幾項為:0、1、2、1、2、3、2、1、2、3、4、3、2、3、2、1、…。(a) 證明在此數列中,1 將出現無窮多次(b) 證明在此數列中,每一個正整數將出現無窮多次。因a(2k-1-1)=1。數列{a(n)}定義2k-1≦n≦2k-1 為第k 區間。網路上有第k 區間a(n)=k 的存在性證明。本研究特色在於二進位法找出a(n)表示法,證明第k 區間a(n)=k 唯一性。為了延伸研究,定義數列{dp(n)},討論質數p 為情況下,猜測數列{dp(n)}第k區間極值、比較出現次數分佈對稱性、數列{d2(n)}降階關係。為了定義統一,本研究從前言起,以數列{d2(n)}代替競賽題目提到的數列{a(n)}。

布洛卡點相關性質探討

本文我從文獻已有的布洛卡三角形及其三種變換出發作各種推廣。首先將布洛卡點在三角形內的情形推廣至多邊形,發現並非任意多邊形皆存在布洛卡點。我發現了存在布洛卡點的充要條件,及布洛卡角、邊、面積的關係式。然後探討四邊形的情形,發現存在正、負布洛卡點的四邊形皆為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為更具數學風味的旋轉與伸縮變換。再以此方法為基礎,發現一系列布洛卡點、外心間的幾何性質,同時進一步推廣至多邊形,其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆會收斂至布洛卡點;最後,本文最驚艷的發現是:所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n邊形的頂點經過反演後的反形。