全國中小學科展

依全國中小學科展屆次查詢

依相關評語查詢

數學科

現在幾「點」了—探討多角數、多面體數之通式

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」。

乾坤大挪移

在“教學思考”一書中 ,有一個建中科展得獎作品 《 國際科展加拿大正選 》「走走跳跳 」,它的問題是從以下的“跳棋遊戲”開始的:\r 現在有五粒黑棋子及五粒白棋子一共十粒棋子,將它們放入一塊有十一個洞的木板上,五黑子置於其中 一個的五個洞中,五白子放在另一側的五個洞裡。我們想要將黑子及自子的位置互換但只能將棋子移到相鄰的洞或跳過一個棋子到另一個洞中。我能交換成功嗎?

當「月曆縱橫刪」遇上「八皇后棋」

在月曆上任意圈選出一塊4x4的方陣,並在方陣內任選一個數字,將跟此數位在同一行、同一列的其它數字刪除掉,繼續重複一樣的工作,直到4x4的方陣的各行各列都只剩下一個數字,觀察後發現縱橫刪後的四數和等於四角數和。研究過程中,我們發現「八皇后棋」的遊戲方式和「縱橫刪」有異曲同工之妙,將「八皇后棋」與「縱橫刪」的遊戲結合後,發現縱橫斜刪後的八數和均等於四角數和x(8/4)。我們利用符號將縱橫刪的所有可能列舉計算後證明:只要橫列與縱列均為等差數列的nxn方陣,其縱橫刪後的n數和均等於四角數和x(n/4)。另外,我們也延伸思考出一些與「縱橫刪」、「八皇后棋」相關的數學遊戲,希望將來更能研究出結合其他遊戲的「縱橫刪」新玩法。

數字方塊尋極限~數字方塊擴展層數極限的探討

數字方塊曾以不同的樣式出現在一些數學書籍中,在科展活動中也有過幾件類似的作品,大部分都在討論它的共同特徵,例如:其中的奇偶現象,或是往內部發展時數字間的和差關係,我們這次的研究目標是挑戰在特定區間內(例如:只准用1~50的數字)的最高層數解答,以及特定區間內的最佳解答個數,研究結果顯示,應用我們反向思考得到的「上推法」,以及應用「費式數列變形」來抓取數字做數字方塊,並以「波峰現象」來輔助檢驗,確認了1~50之間的最佳解答為十三層以及解答數(2群解答)甚至更精確的說,特定區間不應該用10的倍數為斷點,而是確認十三層的最佳解區間(1~45),最佳解答為(1,8,21,45)及(1, 25,38,45)。

向“黑盒子”挑戰

“黑盒子 ”─魔術拼盤的組成為: (一)每邊皆為 8 公分的正方形底盤。 (二)內有八塊形狀各不相同,但各塊面積皆相等(都是 8 平方公分)的“小拼塊”。 而其遊戲規則為: (一)任選一塊“小拼塊”將其一邊固定於拼盤之左上角。 (二)憑著自己的判斷力,將剩下的其他“小拼塊”排入盤內,使其恰好能將拼盤完全排滿。 “小拼塊 ” 的面積、形狀、塊數和魔術拼盤的完成,有什麼關係?我們能不能找出“魔術拼盤 ”的秘密,自己來發明變化更多、更好玩的魔術拼盤呢?

聞「數」起舞

笛卡爾結合幾何與代數,讓我們了解直角座標的美,體認代數與幾何有著密不可分的關係,因此本研究中結合數列和平面圖形-正方形、六邊形、三角形,按著左轉或右轉的規則行走舞動的軌跡,交織出多種複雜卻具有規律的有趣圖形。我們利用方格紙及GSP軟體繪製出這有的像風車、有的像烏龜的圖形並進行歸納、推測與證明。研究結果顯示:轉彎時的角度和方向是影響圖形的變化最關鍵的因素;利用外角和與對稱等相關性質可證明舞步圖形是封閉圖形與否。舞步數列的循環次數與舞步軌跡所圍成的面積、周長、重疊線段的長度在研究中也都可得出個別之通式。

弦...話家常

此研究為探討圓錐曲線與弦的關係,主要分為兩大主題,一為探討在平面上一點與圓錐曲線所成之任一弦,其中點軌跡及按任一固定比例下所成之軌跡圖形與方程式;另一主題為研究圓錐曲線所有平行弦之中點軌跡及按任一固定比例下所成之軌跡圖形與方程式。經過研究有些軌跡方程式非常複雜,我們透過 GSP 與 Cabri Geometry II Plus等兩套幾何繪圖軟體協助觀察。最後得知主題一以弦中點繪出的圖形具有不變性,而按固定比例下所成的圖形看似蚶線(點在圓內), 經過研究發現是不一樣的曲線(類蚶線), 其他這類圖形似乎和擺線有一定的關係;主題二以弦中點所得的圖形為圓錐曲線之軸,而按固定比例下構成的圖形一樣具有不變性。

談整數分組問題

我們的主題是「已知有1k、2k…mk(m?N且k?N),將這些數分成n 組,使每組的數字皆有 m /n 個,而且每組的數字和皆相等,試問應如何分法?」,研究重點放在k、n、 m之間的關係,希望對於1k、2k…mk來說,我們能很快求得到一組分法解。

由三角形到三角錐

在上學期高二數學第三冊中提到球面幾何性質與圓周的幾何性質可以類比, 如圓幕定理與球幕定理、過圓或球外一點求切線段長的公式等, 之前也學過空間的圖形如四面體(三角錐)、球等; 因此我們想: 三角錐的幾何性質與三角形的幾何性質應該也可以類比才對。讀了老師提供的波利亞(G.Polya )著的《數學與猜想》(Mathematics and Plausible Reasoning )一書,裡面說道:在平面上, 至少要三條直線才能圍成有限的圖形--三角形; 而在空間中, 至少要四個平面才能圍成有限的區域--三角錐。就兩者以數目最少的簡單分界為元素所圍成這一點來說, 三角形與平面的關係同三角錐與空間的關係是一樣的。使我們更加確定自己的推論,由此展開了漫長的研究路程。

花圃中的數學

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。