數學科

六十六年十二月二十六日有一份報紙刊出了一篇專訪，論及自來水廠隔月抄表計費是否變相漲價的問題，而且舉出了兩個對住戶及水廠各有利弊的例子。計算水費電費在國一時便已學過，我們就想研究看看，到底在何種情況下對住戶有利，是否有公式可以立刻算出隔月抄表計費與按月抄表計費之差額。

課本上提到三角形的重心是三邊中線的交點，使我們好奇的想到四邊形的重心在那裏呢？五邊形、六邊形呢？甚至扇形、拋物線圖形呢？因而引起我們研究的動機。

本研究透過函數模型的設計進行探討翻硬幣的問題，主題聚焦在翻動量為費氏數列與等差數列的情況。在費氏數列翻的方面，我們利用「逆推法」設計出「次數關係圖」和「奇偶函數推算表」，進行理論推演並證明出簡潔公式，由於我們的理論探討是架設在硬幣足夠翻的情況下，因此在進行實際操作時，還需要判斷究竟需要幾個正面硬幣才足夠翻，探討完後將所有情況分為五類。而等差數列翻，竟也可用相同的手法進行推演。此外，我們也找到了兩圖形互相轉換的問題解法，也就是完全創新的「比照圖」。

當有一數字不完全一樣的四位數，進行r進位( rd3 )Kaprekar’s operation時至少有一Kaprekar constant或封閉迴路，經分析，若Kaprekar constant存在，則可分為14種情況討論，發現到只有當r＝4、5t時才存在唯一的Kaprekar constant。在尋找Kaprekar constant的一般性時，經研究發現：(一)當r為正偶數，一個n位數的hM＝(r－1,r－2, … ,1,0)時，hM－hm即為Kaprekar constant；此外，當所有數字皆為Ｔ個時，亦有此一性質。(二)當r為正奇數，hM＝(r－1,…,r－1,r－2,…,r－2,…,1,…,1,0,…,0)，其中0為T個，其餘數字皆為2T個，則hM－hm即為Kaprekar constant；此外，0為T個，r－1為nT個，其餘皆為2T(n－1)個時，亦有此一性質。

以前在解題時，常用到塞瓦定理及孟氏定理等平面三角形中的定理，因而對四面體也產生興趣，因為塞瓦及孟氏定理都是把 〝 共點 〞 這種不易使用和想像的條件換到 〝 線段的乘積 〞 這種易於利用和理解的條件，因此我們便想研究是否四面體也有類似性質。

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。

勾股定理中以直角三角形三邊邊長引作正方形，則兩股正方形面積和等於直角三角形斜邊正方形的面積；那一般三角形呢?有無類似情形呢? 我們找到一種方法，以西姆松線為主題作出的三角形面積和等於原三角形的面積。

從十片看似形狀不一的圖形（圖1）組合成圓形是我們挑戰的目標。經由實際的拼組操作及多次討論，我們發現可以利用圓的外型特徵以及全等圖形交換的方式，組合出許多好玩又不同的圓。從第一次成功拼出圓，接二連三大家又陸陸續續發現不同的拼湊方法，再經過老師的指點，整理出菱形、正三角形和四分之ㄧ圓的對稱規則性，找出之前遺漏的部份，越拼越多，彷彿進入拼圖世界，讓人一探究竟！

嘗試澳洲 AMC 從競賽題出發，探討一正 n 邊形中的一點在單位圓內滾動，及一正 n邊形的繞一正 n 邊形滾動軌跡，發現該軌跡均會產生奇妙的循環規律。接下來推廣探討圓形其他的規律，發現若將一單位圓去繞另一單位圓或其他由單位圓組成的幾何圖形，探討其滾動軌跡，並探討在何種情況該單位圓繞回原出發點時會和原圖相同，從研究中得知所繞全等圓圖形與旋轉圈數和邊長所需個數的關係，如：『邊長為 3的全等圓正方形』其旋轉圈數是 2＋4(3-1)/3＝14/3圈，此時和原圖不同，而回到原點且和原圖相同邊長所需個數則為 3k＋1（k?N）等。另外，『繞一間隔大小等於圓直徑的全等圓圖形』是指從第一個圓開始逆時針滾動，若接觸到另一個圓時則往反方向繼續繞圖形滾動，依此類推，探討圓心所繞的軌跡型態及長度繞一間隔全等圓圖形，發現其圓心軌跡型態存在著規律性，且圓必繞回原點。最驚人的是，應用我們的研究結果於許多商業用途，並創造出寓數學於遊戲的「多功能滾滾樂尺」。