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數學科

切割方程

皮納姆的吃餅精靈是我們偶然間發現的遊戲,此遊戲在正六邊形的棋盤上,兩位玩家輪流取一整排相連的棋,取到最後一個棋的人即獲勝。在正六邊形棋盤下,先手玩家的必勝策略是很明顯的。因此本研究之目標為在等角六邊形棋盤上,對於先手玩家獲勝的策略探討。我們在兩位玩家追求獲勝的前提下,以不同的取棋總步數類型(取棋步數必為奇數步、取棋步數必為偶數步、取棋步數為可奇可偶)來分類盤局中常出現的殘局,進而定義不同的Region Number,並定義AreaNumber來代表盤面上各類殘局數量狀況,結合兩者綜合分析各類殘局數量與取棋步數奇偶性,從而推論出先手玩家掌控取棋步數的奇偶性之策略,找出先手獲勝的方法。

不變應萬變-旋轉吧!婆羅摩笈多!

本研究主要推廣婆羅摩笈多定理,並探討軌跡方程式與新的不變量。圓錐曲線 內任取一定點F,且在 上以逆時針依序取點P1、P2 、…、Pn( Pk=Pk+n),使得∠PkFPk+1=2π/n,∇k∈ ;接著於 ̅PkPk+1 分別取Mk、Hk滿足 ̅PkMk = ̅ MkPk+1 , ̅FHk ⊥ ̅ PkPk+1 ,稱M1M2…Mn、H1H2…Hn 分別為n邊形P1P2…Pn 的中點n邊形、垂足n邊形。首先,固定一圓,一定點F,我們發現無限多個以F作出的中點n邊形、垂足n邊形的頂點分別會共一封閉曲線,並得出其方程式。第二,以圓錐曲線的焦點F任意作出的垂足n邊形H1H2…Hn的頂點會共一封閉曲線;特別當n=4時,軌跡為一圓。最後,探討垂足n邊形的不變量性質: Σnm=1 1/( ̅FHk2m)與Σni=1 1/( ̅HiHi+12r) 恆為定值,最後推廣到空間中,並得到三維廣義的婆羅摩笈多定理。

方形建築師之聯想-探討路徑與面積之關係

本研究旨在探討不同邊長比的方形上,改變路徑出發角度、改變路徑出發的起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點次數之關係。首先在方形長:寬=m:n,路徑從方形的左下角出(入)口為起始點,以角度tanθ=1、tanθ=2和tanθ=3之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,進而延伸推論當以角度tanθ=y/x之方向出發時路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式,接著在方形長:寬=m:n,從方形左下角出(入)口向右移動1格、向右移動2格為起始點,以角度tanθ=1之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,延伸推論從方形左下角出(入)口向右移動h格為起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式。

開闔有度聚散離奇

在「拼組相同剪刀、剪刀組能完全開合」條件下,我們發現若4段臂兩兩等長,則能拼出直線行進剪刀組;若 軸心不在2臂中點,則能拼出弧線行進剪刀組;若4段臂不全等長,則能拼出斜線行進剪刀組。 將弧線行進剪刀組頭尾相拼,形成封閉剪刀組,當其剪刀間形的變化是三角形時,內圈會圍成正n邊形,我們能依此算出在平面中,拼成封閉剪刀組所需的剪刀數量。在彎曲臂剪刀部分,只有當彎曲臂夾角皆相等,且夾角為正n邊形一內角度數時,才能拼成封閉剪刀組,其能在平面中朝圓心、圓周作變動,但不能像直線與斜線行進剪刀組般能無限網狀拼組。 拼組、操控剪刀組能增加面積、體積或折疊縮小,將此應用在太空科技中,能節省運送太陽能板的空間。

Stewart's Theorem的推廣及相關探討

本文主要探討:在頂角為∠A、腰長為 ̅(AB) =l的等腰三角形ABC中,給定t, 滿足(¯PA2-l2)/(¯PBׯPC)=±t的所有P點的軌跡方程式及圖形,我們得知: 一、t=1時,其圖形為直線¯(BC)與△ABC外接圓的聯集。 二、0

本研究探討n個邊長分別為1、2、…、n的正方形鍊接成平行封閉結構的存在性與方法透過「 任意值矩形頂點配對法」可成功鍊接;任意數列的正方形組也可成功,最快速的是「最大值矩形頂點配對法」。 推廣至正多邊形正偶邊形透過「對角線重合法」,正奇邊形透過「對角線重合法」搭配「對角線與邊重合法」,每邊可互相平行;將n個正多邊形放置在對角線連線成的平行四邊形,利用n值特性「4k、4k+1、4k+2、4k+3」分類頂點位置結合「單向複雜形平行結構」邊長和的差為1或2可透過對角線「中心」或「端點」出發的「最大值平行四邊形頂點配對法」鍊接 。 最後得到最大及最小完全覆蓋矩形鍊接法,並推得鍊接正方形內部封閉面積公式。

圓形畢露:--利用「cyclos」得到常見基本幾何作圖結果之探討

本作品主要研究一種作圖工具「cyclos」,其規則如下:在平面上,可以以兩點距離為直徑作過此兩點的圓、以不共線三點作圓或在圓上標點。我們盡量避免了使用解析的方法。我們使用了這個工具證明了原題,並進一步作出兩點之中點、三點作三角形之五心以及其他的相關結構的作法。且利用精準繪出長度的方式,導出a¯AB,aϵ{α0+∑∞i=1αi√(i+1) |α0、αiϵQ,αi≠0 for finitely many} 並給出詳細證明。

數列DNA—等差數列的質與合

本研究取材自科學研習期刊的數學專欄題。 給定一個正整數數列,如果數列元素可以寫成這個數列的某些項的乘積,就稱該元素為這個數列的合項,否則稱該元素為這個數列的質項。 我們將研究聚焦於等差數列,並成功發展出首項為1,以及首項=公差-1之等差數列的合項快速篩檢模式,更進一步發現「首項的冪次模公差的週期性」,對於判斷任何等差數列的合項性質都具有關鍵作用。 我們證實存在「完全由質項構成的等差數列」,也觀察到梅森質數在特定的等差數列中可以作為其質項。 最後,我們修改質數定理,成功預估了首項為1、不同公差等差數列的質項密度。本研究為為理解數列的結構與性質提供了全新的工具與視角。

精誠所至金石為開

將n個礦石分成m袋,每袋礦石數分別為a1,a2,……,am個,每一輪調換或不調換順序放入m袋中,放若干輪後使得各袋礦石數相等,那麼最少放幾輪即可使各袋礦石數相等? 首先用窮舉法尋找 n,m 較小的情形,之後將其一般化,得到任意 n 個礦石分成任意m袋後,可以放的輪數,及該輪數下各袋礦石的數量。接著,將情形分為m|n及 m∤n兩種,探討在該情形下任意a1,a2,……,am 最少放幾輪相等,研究後得到至多放幾輪即可相等以及在特定條件下,能找到最少輪數。最後在研究m∤n的過程中,從重複組合的觀點,得到有趣的結論,將n個礦石分成m袋後,放 m/s 輪總共會有幾套。

千迴百轉 ,尋密初心 —封閉折線在方格圖形內運動軌跡經過的最多格數

本研究探討封閉折線在方格圖形內運動軌跡經過的最多格數,分矩形邊長為n×n、 n×(n+k)討論,再細分為n≡0,1,2,3(mod 4)及k≡0,1,2,3(mod 4)討論,並依各種情況歸納後提出最多格數之公式,使用數學歸納法證明其正確性,並且推廣導出n×n×n正立方體的最多格數之公式。