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數學科

應用橢圓曲線在中文加解密之使用探討

在此次的科展中,我們將利用高中數論所學的同餘運算,來進行加解密計算。並利用橢圓曲線逆運算不易的幾何特點[4][5],來確保明文加密後的安全理論並設計出結合中文加密模式。我們研究結果如下:一. 公式分析:我們先引用橢圓曲線的加解密運算式分析出它的數學原理,進而推算出其關係式以進行電腦演算。二. 演算法內容分析:由公式分析出的結果,我們開始為每一個中文明文進行編碼,並歸納出其關係式來推論出可用的加密點。三. 由橢圓曲線上的可加密點來進行中文注音及標點符號的編碼,並以馬致遠的「天淨沙」來實作出我們模擬的成果。

莫比烏斯環和相關紙環

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。

棒子圍牆—另類等周問題之探討

首先我們討論當兩面牆壁成直角,拿兩根相同的棒子圍牆壁,端點位於牆面上,另一頭互相接觸,如何圍出最大面積。接著,由兩根棒子推廣到N根棒子。再來推廣到棒子長度不相同與牆壁不成直角或其他形狀的牆壁。

捷徑

除非是散步解悶,可以漫不經心地隨意走,否則必有一個目標,並且要選擇一條達到目的的「捷徑」,這不是數學家的專門話題,而是你我現實的問題。如果世界到處都是一片沙漠,這問題也就沒什麼了。只是都市中街道交錯有紅綠釘,即使在郊外也是山巒起伏,很不簡單」。如果對一個平常人來說,選擇短的路徑可為他節省許多體力上的透支,但在「特殊情形」之下,時間所扮演的角色就是最重要的了。例如在軍事上行軍的路徑,飛機航路導向飛彈的路徑等等....。如果發生火災和交通事故,救火車和救護車的行徑更決定了生命和財產損失的多寡,和你切身關係密切的,更是不少,如果你早上起床晚了,抄個近路,可免遲到,上班、上學都很實用。

二次函數中一個命題的推廣與研究

在課堂上教到第三冊數學的「二次曲線」時,我們的數學老師提到一個相當有趣的性質:再一個橢圓中,若是以此橢圓之中心0為起點,向橢圓的圓周做兩條互相垂直的線段0A、0B交橢圓圓周於點A、B。如下圖: \r

出『棋』致勝

正如大家所知:「鴿子棋」又稱「對頂棋」,是一種規則簡單,清晰易懂的遊戲,其玩法複雜且富挑戰性,便想要將其致勝的方法完全找出,可是過程中在網路上發現名為鴿子棋的遊戲可以直接在線上與電腦比賽,由此可見其致勝的方法一定被研究出來了,於是想到改變遊戲規則-最多走3 步來研究,發現找到的一些致勝點在鴿子棋規則下是不適用的,且在網站中並未發現有類似的遊戲,也就是說這算是新的遊戲。經歸納後發現:設「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤m×n 的間隔,若a1, a2 , a3 ,…,an 中有大於3 的數字,先將其減去4 的倍數,得到新數據「b1, b2 , b3 ,…,br」,其中1≦b1, b2 , b3 ,…,br≦3,而當r為偶數時,若「間隔」可拆成x組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組mxn棋盤的致勝點;當r為奇數時,若若「間隔」可拆成1組棋盤8x3及y組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤mxn的致勝點。另外,我們也歸納出快速檢驗致勝點的方法:若有一組間隔,其\r 中有數字大於或等於4,則先將該數字減去4 的倍數後,而能將該組數據拆成若干組「1,1」、「2,2」、「3,3」或「1,2,3」的組合,而沒有剩下任何數字時,則此數據即為致勝\r 點。還有,在整個研究中我們也探討其致勝的規律、原因及致勝移子的技巧等相關性質;雙方棋子在「布局」及「對弈」的過程式相當複雜及有趣的,若能利用本研究結果,不但方法容易、步驟簡便、且不易出錯,更能達到省時間與高效率!使我們充分體會「從遊戲中學數學」的樂趣。

凡走過必留下痕跡

在此作品”凡走過必留下痕跡”中,我們探討了任意三角形的重心G與其對各邊對稱所得到的三點G1,G2,G3形成的軌跡。使三角形二頂點固定,一頂點於單位圓上繞行,並探討重心G,G1,G2,G3這些點形成的軌跡。我們發現了許多有趣的性質,在這些軌跡中我們找出了近似於蚶線、心臟線、類似彎月等各種奇妙的現象,我們深感有趣,因此繼續深入探討下發現了許多有趣的結論。

方格內的數字和

本研究是以環球城市數學競賽2000 秋季賽國中組初級卷4×4 方格的填格問題,尋找解答,試圖從解題過程中,發現填格的規則,進而延伸應用至N×N 方格。研究分析,方格內的空格可分成四個角落位置(只有2 個相鄰的方格)、邊緣位置(有3 個相鄰的方格)以及內側方格位置(有4 個相鄰的方格)三類,進而運用 這 三 種 圖 形 來尋求出填格規律。研究結果顯示,在N×N 的方格中,當N 為奇數時,無法找到覆蓋方式;而當N 是偶數時,可以找到覆蓋的方式,並進一步分析研究,當方格是N×N=(4T)×(4T)時,數字總和為4K2+2K,當方格N×N=(4T+2)×(4T+2)時,數字總和為4K2+6K+2;同時觀察所繪製的解圖,無論是(4T)×(4T)或(4T+2)×(4T+2)類型,均是為左右對稱的圖形,除了可應用所推得的公式來求解之外,亦可直接迅速繪製這二類的解圖,以解決題意。

角與線的邂逅----三角形作圖

三角形有角(angle)、邊(side)、高(height)、中線(median)以及內角平分線(angle bisector)各3個,總共15個條件,從其中任取3個,有95種不同的組合。研究中應用尺規作圖與國中所學的幾何性質,可以作出所有不含內角平分線的48種組合的三角形,含內角平分線的47種組合中,只作出9種,共作出57種組合的三角形。作出的組合中,有27種組合的三角形是唯一的,不唯一的組合中,有16種條件中只包含一個角,而當這個角為直角時,有15種的三角形會變成唯一。也就是說,研究中找到27個三角形全等條件以及15個特殊的全等條件。

整體與倍角

數論與幾何最迷人的地方就是找尋具有某些特定性質的整數邊二角形,譬如說直角三角形的所有整數邊三角形是 其中 u , v 滿足( u , v )= l ,且一奇一偶的整數。 然後,另個有趣的課題是面積為整數的 Heron 三角形 但這是個非常困難的問題。 今天,我想要探討一個類似於上面,但簡單的問題,也就是其中一個內角,是另一內角的 n 倍的所有整數邊三角形,這個問題是我們從 87 年度台灣省第二區數學科能力競賽的第二試的問題二