數學科

農曆年前石門水庫的水位急速的下降， 導致民生及工業用水不足， 而有限制用水的政策，更別說是供給農業使用的農業用水，農夫們因用水不夠而休耕，像這種情形每逢乾旱季節時就時常的發生， 是不是我們石門水庫的水裝的不夠多？ 而我們又要如何知道石門水庫的蓄水量？ 適逢數學課學到體積、面積與容積的算法， 於是我們就想利用這種算法來思考， 如何測量石門水庫的蓄水量？在思考的過程中經由資料蒐集與分析， 幾經討論乃決定使用辛普森法則運用於容積的計算， 但水庫的容積是如此的龐大， 欲解此難題， 有組員提出何不以學校內生態池為實驗標的， 因此， 本實驗以生態池為標的， 希望借此方法能推及各種不規則形狀的水池、湖泊、水庫? ? 等等的容積計算， 同時在操弄過程中能了解水池、湖泊、水庫所具有的蓄水與防洪功能， 又借由電腦強大的運算功能處理繁雜的測量數據， 更能精準算出結果。

數學是學生最感頭痛的學科，教師們為了破除學生對數學科的畏懼，無不挖空心思，運用各種方法進行教學，冀望學生有朝一日能頓悟做數學的樂趣，而順利達成教學目標。在許多教學方法中，最有效也最受學生歡迎的莫過於多利用教具了。好的教具能協助效師與學生的溝通，也能使教者與學者兩方面都感到輕鬆愉快。經由教具的協助，可能使教學收到事半功倍的效果，這樣的教具當然能受到師生的歡迎，並且很樂意常加利用。相反的，如果某種教具，使用不夠方便，溝通又不容易，讓使用者覺得有了它反而是一種累贅時，這樣的教具就註定要遭到摒棄，而被塵封於倉庫裡。近幾年來，教育廳曾配發給學校許多教具，這些教具大都是方便而有效的好教具，因此很受學校的歡迎。可是其中卻有一種“位值算盤”自從配發以來就很少有人動用過。由於它的數量相當多（註一），應該是經專家認定為值得推廣的優良教具才對，然而為什麼它會被如此冷落呢？其中的因由何在？為了探究它失寵的道理，於是我們開始進行這項研究。

在日常生活中，我們到處可見許多磁磚、壁紙，都是利用邊長相同的正多邊形組合而成。 甚至大自然界的蜂窩形狀（如圖）亦正是正六邊形鑲嵌而成。 到底那些正多邊形的組合可鑲嵌成一個面呢？依此問題，平行類推，到底那些正多面體（或「半正多面體」）的組合可鑲嵌整個空間呢？這個問題，引起我們的興趣。

黃金矩形與費氏數列的關係是數學上十分著名的例子，國民中學數學課本第四冊曾介紹以一元二次方程式來解決黃金矩形的長寬比值問題，此種方法使我們感到新奇，想看看是否能加以推廣？是否能找到類似於黃金矩形而可無限次分割的矩形？若是能找到這種矩形，那麼它的長寬比值，是否類似黃金矩形和費氏數列之關係，而伴隨一個數列？此數列能不能發掘出它內涵的規則所在？這些新穎的問題，使我們興起了研究的動機，試著去探討，希望能解決這些問題。

本研究找出3×3×3立體空間中一筆畫路徑的可能部件共38個，並以符號命名排序。又將立體骨架圖中的一筆畫路徑，用「省略」部分路徑的方法，從路徑取出部件，並把路徑用起點和終點的關係及部件排列的符號表示。採用「固定」部分路徑的方法，探討找尋3×3×3立體空間內一筆畫路徑的流程，並找出下列空間中的一筆畫路徑： 2×2×2、2×3×2、3×3×2立體空間中一筆畫路徑數分別有3、41、1076條；也找出3×3×3立體空間中逐層走完的一筆畫路徑數是166條。最後將立體空間的一筆畫路徑走法分類，再利用3×3×2立體空間中隨機穿越走完上下二層的一筆畫路徑數1044條，分類推算出3×3×3立體空間中隨機穿越走完前二層，再走完第三層的一筆畫路徑數共有9832條。

象棋中的馬因走法特殊，能走滿棋盤上的每一點，在趙文敏教授所著「寓數學於遊戲(1)」 中，有相關的証明，但是如果改變馬的走法，會不會走滿棋盤呢？若改變範圍的限制，有沒有不同的結果。

「神奇的傑克」是上屆全國科展第二名作品，由於考慮其內容還有充實的空間，我們便決定以更有系統的討論觀點，來完成這份作品。我們的作圖方式是以傑克中心為標準，完整討論傑克結構九種不同連法下，向傑克中心的異側做正方形時，面積發展的關係與性質。由於以推理幾何驗證面積關係的過程，必須用到複雜的輔助線、且驗證步驟冗長，所以轉而運用「解析幾何」以簡化繁瑣的驗證程序。因為解決了坐標設定的問題，才得以為傑克結構開拓更大的研究空間。我們進一步以「解析幾何」討論向傑克中心同側做正方形時，九種不同連法下，圖形或面積發展的關係與性質。我們以MB(i)、MT(i)、MC(i)、NB(i)、NT(i)、NC(i)、HB(i)、HT(i)、HC(i)表示九種不同連結情況下的第i層四邊形；A[MB(i) ]、A[MT(i) ]、A[MC(i) ]、A[NB(i) ]、A[NT(i) ]、A[NC(i) ]、A[HB(i) ]、A[HT(i) ]、A[HC(i) ]表示九種不同連結情況下的第i層四邊形面積，最後整理不同連接情況下，同一層四邊形間的各種面積關係，「從一粒沙看一世界」，窺探永恆、無盡的幾何之美。

在三色卡中，發現若能排列成使所有(n-1)(n-2)/2 個正六邊形中都有0 或3 或6 張「相異卡」時，此色卡必可拼成。四色卡共有A、B、C、D、E、F 六種，其中A 和F，B 和D，C 和E 顏色排列順序恰好相反。當任取四張四色卡排成田字欲判斷是否有解時，可用換半套法將F 換成A，D 換成B，E 換成C，再依判別規則即知是否有解。這在n×n 拼圖上可迅速檢查出無解排列。四色卡中只取相對一組卡(如A 和F)作九宮格拼圖，在所有(n-2)2 個排列組合中，若均有(1)一條鞭型 (2)提燈籠型(3) Y 字型 (4)X 字型四形之一則此色卡必可拼成，反之則否。利用 n2/2 張A 與n2/2 張F，想在一張空白n×n 拼盤上快速拼出一個成功的拼圖，須使一、 行中 A 張數×列中A 張數＋行中F 張數×列中F 張數＝n2/2 張。或 二、 只要在一排中放n/2 張A，亦能拼成。在一種創新四色卡兩人拼圖競賽(甲欲拼成，乙扯後腿)中，常態下輸贏機率各半，但本文中找到一種贏的策略，若甲方使用此策略必勝。

本組同學在課程實驗─銅與硝酸的反應，發現：此一小小的實驗，卻造成了不少銅離子廢水的產生，故本實驗欲利用泡沫浮除法具有佔地小、高速率操作、污泥體積小及濃度高等的好處，去除水中銅離子，使之延伸至其他重金屬廢水。

我最喜歡吃香腸，每次家裡有香腸，我就要求媽媽多炸些，好讓我吃個痛快，但媽媽總是說要留著請客用，我只有望看香腸流口水的份兒，巧的很，農曆過年的時候，社區內有一個商人，買回一架"珠仔台"並灌了些香腸做獎品，掛起了--打香腸--的招牌。從此，每當傍晚時分，由其是晚餐之後的時間，總有一大群國中、國小學生，圍著笑容滿面的老闆和珠仔台打個不停，這對我來飽口福的良機，幾天下來，我幾乎把所有的壓歲錢都給"打"光了。不過，老闆也真夠意思，有時我打了一整天都沒得”獎”他會自動的送我一、二條香腸止饞。雖沒統計我打中的次數，但能享受整條香腸在嘴裡啃的滋味，就是把所有的錢都“打”光了，我也認為是值得的，且心理還暗笑那些玩電動玩具的人傻呢？既沒有東西吃，又被人看成是賭博。開學後，我向同學大吹特吹我這聰明的行為和收穫，同時回味一下恳香腸的滋味，正得意時，被老師聽見了，老帥問明詳情後告訴我說：你也犯了規定，那也是一種賭博行為，不信的話，我們不妨來做個研究，等研究後看你還會不會得意的大吹你一一總明的行為和收。我們於是開始著手，以下是我們研究的過程和結果。