數學科

開學後，第一次上數學課的時候，老師做了九九乘法的測驗，竟然還有很多同學並不熟練，其中錯誤最多的是 6 、 7 、 8 的乘法，反而 9 的乘法錯誤的人較少，必定有它的原因。於是我們就去請教老師，老師也發現這是數學上相當有趣的問題，因此在老師的指導下，我們利用寒假繼續研究這個問題，終於發現下列幾點特性。

在中國數學雜誌八卷二期（ Chinese Journal of Mathematics volum 8, Number2 , Jun 1980）有篇朱建正、黃振芳所作”三角形的剪裁” ( "On Trimming A Triangle " ）。內容是要證明以下的猜側：定義：剪裁給定一個三角形，固定其兩頂點，而將另一頂點沿三角形的邊向某一固定頂點移動，而得出一較小的三角形，這樣的程序稱為一個剪裁。下一個剪裁則從此較小的三角形出發。 Goodman 的猜測：由 △ ABC經有限多次剪裁成之 △ A'B'C'，必可由 7 次以下之剪裁使 A 變到 A', B 變到B',C 變到 C'。實際上，朱、黃所證，僅是沒有“記號”的情形，至於有記號 的情形，卻從略不提。我試於後文提出一反例，說明朱、黃的解法何以無法解決有記號的情形。藉著電子計算機之助，我對此猜測的所有情形作了驗證，證實往考慮記號的情形下此一猜測為真。根據朱教授表示，原問題係他於 1978 年赴英參加數學會議時，一數學家 Coodman 所提出。

有一天數學老師在黑板上寫著1，2，3，4，5，6，7，8，9的數字，問我們，這些樹中那三個數字乘起來等於252？結果我們所做的答案有好幾個？我們在好奇之下，想如果能提出一些正整數，不管您用什麼方法來做加、減、乘、除四澤的計算恰恰好，這是多麼有趣啊!於是我們要求老師輔導我們，開始做我們的研究。

偶然在中國時報的科學專欄中，看到一個有趣的數學問題，名為「數學方塊」，題目是: 在一個正方形的四角寫上任意四個正整數，鄰角數值差的絕對值寫在共同邊上的中點，將此四邊中點連接再畫一個正方形，重複這個程序，最後有一個方塊的四個中點數數為零，如圖(一)，為了方便，我們將上述計算程序稱為"運算"。 圖一 任意四個整為9，5 ，7，2 這個“運算”規則簡單，只要懂算術的學齡兒童都會，但其中蘊含的一些觀念和定理卻很奧妙，值得深入推敲，今我們想要探討下列幾個目的： (一)設計四個整數（正、負皆可）能重覆“運算”之電腦繪圖程式，操作實驗，驗證最後一個方塊的中點數是否都為零。 (二)證明四個整數經“運算”後必得四個整數皆為零。 (三)設計 23、 24、 25 個整數能重複“運算”之電腦列表程式，操作實驗，驗證最後一列的所有整數是否都會是零？ (四)用數學理論證明2n個整數經此“運算”，最後亦可得全是零。

費氏數列中每一項除以任意正整數後所得的餘數數列具有許多有趣的性質，例如：所有餘數數列均有週期性及每個週期循環列皆是由0均勻分割，即數列在固定間隔某幾項後可被正整數整除，由此性質就可進一步計算週期長度。 本作品中我們嘗試將費氏數列中的餘數數列性質推廣到一般高階正整係數齊次線性遞迴數列(內文簡稱高階線性遞迴數列)的情形。我們發現除了所有餘數數列均為(前)週期數列外，每個週期循環列中的均勻分割的情形變化出二種：由數個0均勻分割(含某項後均為0)、數個不全為0均勻分割(含某項後皆為不為0的常數)，進一步則探討上述二種中的區分週期循環列之條件。最後由餘數數列性質探討出其數列的因倍數定理。

本作品主要是探討多角數(或多邊形數)的一般式及關係式，並將其從平面推廣至立體。在本作品中，本組先以幾何的方式依序定義了三角數、四角數以及五角數並分別介紹了它們的一般式；接著，本組定義了k角數(k=3,4,5,...)並求得第n個k角數的一般式；然後，透過觀察四種k角數(k=3,4,5,...)的數列，我們得到並證明了一些有趣的關係式，如：連續兩項三角數的和為一個四角數等；而這些關係式除了可以透過k角數的一般式獲得驗證(即代數證明)，我們也提供了幾何證明。最後，本組將平面上的 角數以不同的方式推廣至立體的多面體數，即第一型多面體數、第二型多面體數及多角錐數，並分別求得它們的一般式及相關性質，這個過程也讓本組意外地接觸了「正多面體」及「錐體」。

本研究主要是討論莫比烏斯環（Mobiusstrip）分割後紙環的改變和變形紙環分割後紙環的相關比較，包含它的紙環個數、長度、旋轉角度、紙環間的交點個數、纏繞結構與旋轉的方向(順時針或逆時針)，並在動手分割莫比烏斯環及其變形紙環後，整理出其規則以及相關公式。

在本文中主要考慮θi=tan-11/i ,i∈N這些特殊角之間的關係。本文前段主要分別利用相似三角形性質與正切函數和角公式求解一個較大角 θk 拆解為數個角的關係式(使用遞迴關係、迭代式、基本對稱式表示)。後段則延伸探討、驗證其相關有趣的結果、應用等，例如 : π/4=tan-1⁡1/1=∑i=0∞θF(2i+1) ，其中 Fi 為費氏數列的第 i 項、Machin formula、3π/4=∑i=1∞tan-12/i2 。在本文中，我們利用了弳度取代度度量來描述角度並且使用複數、極式、遞迴數列、矩陣、行列式…等數學工具與GSP、excel、python程式等軟體工具，來實作、觀察、整理、歸納、推論與驗證我們的研究。

一個假日，我跟同學到離家不遠的小公園玩，我們發現一件有趣的事。公園裡的花圃都是用24塊水泥甎圍成的，我們又發現，有的長方型花圃裡種了10株太陽菊，有的長方形裏種了18珠，可是正方形的花圃裡卻種了25株。每一株花的距離又都一樣。奇怪!正方形花圃裏，為什麼能種的比較多呢？第二天我去請教老師。老師開始指導我研究這個問題。

國立自然科學博物館，是我們假日常去的地方。科學中心四樓右方「位相學」展示臺有九套鐵環和繩索的設置，每一套都令我們百思莫解，於是邀集六位志同道合的好友，了解中高年級破解情形。我們設計問卷，實施調查，統計結果後發現：九套都不會解的比率高達41%，所有同學都沒有發現規則性，但有82%以上的同學有研究興趣。因此我們立下決心。聯手研究破解及恢復方法，進而探討「位相學」。