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數學科

分水的藝術

分水遊戲是一個許多同學都聽過、玩過的遊戲,許多科展競賽(註1)或科學叢書也常能看到相關的命題出現。它的玩法很簡單,主要是利用二個不同的水桶,在反覆的傾倒後,產生我們要的水量。剛開始,我研究的目的,本來只是想考倒同學,哪知道同學比我厲害,反而是我被考倒了,因此激勵我做更深入的研究。於是在改變許多外加的條件後,對該命題作加深加廣的研究,也獲得了許多嶄新的發現:1. 在加廣部分:我改變了桶子的數量及種類,也改變了內容物的種類及判別性,並且求出相對應的解。2. 在加深部分:我詳細的探討了水池大小與總水量的關係,以及總水量的不同,造成解的變化情形。3. 在創新發現部分:一個是”虛擬刻度”,一個是跳格子解法,而這二個全新的發現,使這類問題變的簡單且有趣,這是讓我感到最自豪的!

生死一環間──斷金鍊的問題研究

本研究主要是由文獻中〝巧斷金練〞一條二十三環金練一天付一環之斷金問題延伸探討一條有k 環的鍊子,依假設每天需給付m 環,給付環數不同情況下,推導出在每一假設條件下之項鍊最大環數、切開環各段環節的環數、被切開環的序號等公式,進而再推研一條項鍊與一圈項鍊之差異性。首先我們先由一天付一個環、兩個環、三個環、四個環進行實驗、尋找規律、驗證推導公式,進而推導出一天付m 個環之情況。其次我們又進一步研究若為一圈密合項鍊在與一條項鍊假設條件相同之情況變化為何進行研究。總結我們研究推導出許多可行的公式,統整後歸納於結論即討論中。

大圓包小圓─有趣的蛋塔盒

好不容易才等到兩個星期才一次的棋弈課,又可以和老師好好的廝殺一場。上課鐘聲還沒響,我就已經做好開戰的準備了!老師怎麼還不趕快出現,我隨手把兩個棋子排在一起。心想:如果在外圍再畫一個大圓,不就是以前考過的數學題目嗎?(如下圖) : 請下圖填填看: 大圓的直徑是8公分。 小圓的直徑是( )公分。 大圓的圓周約( )公分。 想著,想著,不知大圓面積和兩個小圓總面積有沒有什麼特別的關係?還有,最近不是在流行吃蛋塔嗎!如果把象棋變成蛋塔,那我的蛋塔盒不就變成圓的了!市面上好像都是方形的蛋塔盒。有趣!有趣!

瑕疵之美-矩形磚牆瑕疵線的探討

對於任一矩形磚牆,為了尋找如何用1×2的磚塊砌成沒有瑕疵線磚牆的策略。本研究發現:一、可以畫出沒有瑕疵線的磚牆最小規格為5×6(奇數×偶數型)或6×8(偶數×偶數型)的磚牆。二、(一)、在p×q磚牆中(p為奇數、q為偶數),若滿足條件p×q≧4p+3q-8,則當此磚牆被1×2的磚塊填滿時,必可以排出沒有瑕疵線的磚牆。(二)、在p×q磚牆中,(p、q皆為偶數),若滿足條件p×q≧4p+4q-8,則當此磚牆被1×2的磚塊填滿時,必可以排出沒有瑕疵線的磚牆。三、對於一奇×偶或偶×偶的磚牆(最小規格分別為5×6或6×8),必有策略可以畫出沒有瑕疵線的圖形。

「知」乎「摺」也

本研究在探討由18個正三角形所組成的三角環形(如圖一),經摺疊可產生的連塊,針對其中正六邊形連塊進行研究,找出摺疊的規律,並設計益智遊戲。

巧取末球之因數應用

利用正因數的方式,將指定的數列取完,不能再取者敗。例如:一、單線形規則規則:在一直線上給定n個球,甲乙兩人分別先後依序由左而右拿n的正因數個球(本身除外),不能再取球者敗。二、多線形規則規則:在m直線上給定n個球,甲乙兩人分別先後依序由左而右拿第╳排n的正因數個球(本 身除外),且不許跨線,一次只能取一列中的球,不能再取球者敗。

婆娑起舞的曲線

在知識探索的歷程中,接觸實際的事物是增進學習的最佳方法。高二下,我們面臨許多二次曲線上的問題,過些問題可以用空問上的概念來解釋。在以往,我們所涉及、所熟知的只限於平而上的幾何圖形。囚此,我們對於空間上的概念並非十分明確,而必須借重各種模型來加以深入探討,但是我們對於所接觸到教具,感到並非理想,他們過於死板化。所以我們建立了一套活動的立體模型,希望能夠使教學兩方面進行得更順暢,同時也將一些"性質"加以研究、討論、證明。

分酒問題的研究

「有10公斤的酒裝在甲酒桶中,另有乙、丙兩個空桶,一個恰可裝酒7公斤,一個恰可裝3公斤,如果只能利用這些桶仔做量器,要量出5公斤的酒來,應該怎麼分法?」 有一天在書上看到這個問題後,經過一番努力,終於找到解答,但在求解過程中,卻想到了幾個問題,引起我們的研究於是在老師指導之下,我們對這些問題再做深入的探討,並找出答案。

勾股鐵路網

此研究乃從兩股差1 的勾股三角形 (3 ,4 ,5)開始,藉由勾股數的表達式(n2–m2,2mn,m2+n2)得一數對(m,n)=(1,2)。而我發現一遞迴關係式Sn+2Sn+1=Sn+2。令S1=1,S2=2 則可產生一條數列1 ,2 , 5 , 12 , …;取相鄰兩項如(2,5)、(5,12)、…等,則可找到其他兩股差1 的勾股三角形。Sn+2Sn+1=Sn+2 對於所有邊長為最簡整數比之勾股三角形皆適用。此外我發現任何互質邊長之勾股三角形的股差皆可寫成8k±1 的形式。接著討論股差與數列之性質。我找到一個合成法則,可以將股差分別是d1、d2 之兩條數列合成一條新的數列,且其股差恰為d1d2。另外我也找到共軛法則,來對同一股差的數列予以衍生。最後,將所有的數列集結在一起,便成了一網絡。在數列鐵路網建構完成後,我則推導出了一套原則,用以確認或預估數列的條數。在數列鐵路網建構完成後,我則推導出了一套原則,用以確認或預估數列的條數。

鬼謎藏

我們這次的作品是探討一個撲克牌遊戲-抽鬼牌,其規則如下:一副撲克牌五十二張,外加兩張鬼牌,共五十四張,隨機發牌給二人各二十七張,發完牌後手中的牌同樣點數的兩張必須要丟出,之後兩人輪流抽對方的牌,且抽完牌後一旦手中有同點數的牌就必須丟出;玩到最後,一方手中沒有牌的人為贏家、另一方手中剩下兩張鬼牌的人為輸家。我們的目標是求出拿到各種不同牌型時,贏的機率是多少,最重要的是:找到這個撲克牌遊戲之贏的機率的函數。在求的過程中,我們一開始先畫牌組的樹狀圖並計算贏的機率,觀察機率的值,試圖找出其規律;後來由樹狀圖發現了牌組和牌組之間的遞迴關係,於是我們開始想辦法解遞迴數列,其難度甚高,讓我們苦惱了好一陣子,很高興能堅持到最後,完成這份作品。