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數學科

數字轉轉彎

本作品將數列與直角坐標做結合,探討不同數列及不同旋轉角度的情況下,整理所畫圖形的特徵,並歸納出各組組合之間的關聯性。 總結出以下幾點: (1) 以所畫圖形為例:從原點出發,旋轉角度設定為90°,數列an除了n≡0(mod4)時某些情形無法回到原點外,其餘情形皆能畫出回到原點的圖形。 (2) 以執行的最少次數(最小執行次數)可推算出為t=(lcm(α,n))/n。 (3) 以數列的變化來說,我們發現首末項交換會使圖形位移接著旋轉或數字的顛倒排列的圖形則會有位移再以tan⁡〖((π-θ)/2)x=y〗為對稱軸進行線對稱的變化。 最後,本作品試著找出一般化公式,並期望能推廣到在得知α、θ、n後,會產生出何種漂亮的圖形。

鳩佔鵲巢

「鳩佔鵲巢」的題目中將喜鵲餵食的規則寫了出來,我們列出不同的狀態後確實找到所有答案,接著我們進一步將「鳩佔鵲巢」題目進行擴充,使題目中五隻喜鵲擴充到所有正整數,我們發現餵食的順序可以同餘來計算,進而研究找出其所有的答案,之後又加以研究總共吃到的喜鵲數量。

「餘」霞成綺----利用組合數探討 Stirling Number of the Second Kind Triangle Fractal 與質數同餘性質

本研究旨在利用組合數來分析第二類斯特靈數在模質數下的性質。研究分為五階段:第一階段我們參考O-Yeat Chan等人的論文,並改良了其證明過程,得到一個同餘組合數。第二階段利用第一階段的奇偶性定理發現(3n n)與𝑆(2𝑛,𝑛)同餘mod2並改良論文證明,使得證明更易推廣。第三階段我們更推廣到更一般的結論:滿足𝑆(𝑝𝑛, 𝑛)≡(p'n n)(𝑚𝑜𝑑2)時,p與p'是線性關係。第四階段與第五階段繪製熱圖時,我們發現圖中存在謝爾賓斯基三角形,對此進行了研究,並成功證明斯特靈數三角形在模2與模3下具有碎形結構與謝爾賓斯基三角形,這是文獻中都沒有探討過的。

你比多少人幸運?以機率累積函數破解抽獎次數中位數錯覺

本研究旨在探討抽獎活動中,抽中累積人數的分布狀況,想要找出抽取次數的中位數。若花費的抽取次數小於中位數,即比一半的人還幸運。大多數人會認為在抽中率為5%的情況下,花20次抽到算是比一半的人幸運,然而,透過人工抽名片卡紙和Scratch程式模擬後,發現大家預期的次數皆大於實際中位數。 使用Excel函數將公式一般化後,發現「第n次抽中的機率」為等比數列,「n次內抽中的機率」為等比級數。又因為公比小於1,造成前半部累積項次較少就達到50%,後半部需較多項次才能累積至100%,故「運氣差的人花費的次數」拉高整體的抽獎次數,才造成大家預期次數與理論值不同的狀況。最後應用研究發現,探討抽紀念酒的運氣分布和抽齊生肖紀念酒的可能性。

摺疊管的研究

我們將三浦摺疊運用在紙管上,發現能摺出「單位管」的條件為:8個全等平行四邊形(內角不為90度)相拼成V字形;邊長為1、內角為60度的平行四邊形拼成單位管,我們求出其最大體積約為1.5;而改變平行四邊形邊長與角度之間的關係,當單位管側面沿摺痕壓平摺疊後,能摺出3種不同樣貌。將N個相同的單位管洞連接起來,形成「N-單位管」2個相同的N-單位管共有4種拼組方式,拼組後能正面與側面壓平摺疊;我們用數個N-單位管相拼,發現能做出負重點朝上和洞朝上的負重結構,分別最少需用4個2-單位管垂直相拼和8個N-單位管水平相拼;若數個N-單位管拼組後只能側面壓平摺疊,則只需3個N-單位管水平相拼,就能做出洞朝上的負重結構。

以少勝多

本次實驗的目的是在探討若要將方格全部照射到,不同尺寸的正方形及長方形與放置最少點光源數量的關係。研究結果發現:正方形尺寸最少燈泡數量放置方式第1、3、7、9格不放置燈泡的規律性,是邊長18cm之後就會再一次循環增加,因此當正方形的邊長為n,n÷18=k…h時,放置最少燈泡數量s=n-k×4-k1(若k≧3時,s=n-(k-1)×4-k1,k1=h在第一個循環裡可以減少的燈泡數量)。寬為n的長方形,當長≧寬×2+1時,放置最少燈泡數量s=寬度,而當長<寬×2+1時,最少燈泡數量,從n×n開始會以「斜線」數列依序增加。

鳥媽媽的巧思

鳥巢裡有n隻小喜鵲與1隻小斑鳩。小喜鵲分別編號1~n,小斑鳩編號0,這n+1隻小鳥圍成一圈,等待喜鵲媽媽的餵食。喜鵲媽媽餵食過程會遵守以下規則:當餵食完編號X的小鳥後,會順時針往下X個位置餵食下一隻,而餵食過程中若餵到小斑鳩,小斑鳩會將食物吃光。 本研究除了找出原題的三個答案外,並探討以下五個問題。 一、1隻小斑鳩和n隻小喜鵲按照0、1、2、3……順時針圍成一圈時,從哪一隻開始餵食,會讓最多的小喜鵲吃到食物? 二、承一,吃最多份食物的小喜鵲,吃了幾份食物? 三、重新安排小喜鵲的位置,使得每隻小喜鵲都能吃到食物。 四、承三,將小斑鳩的數量增加到m隻。 五、將研究結果運用於--值日生的安排、小組報告的順序……。

三足鼎立-探討三角形不變心的切割模式

本研究探討原三角形掉落一角後重心產生偏移後,要如何透過截去另兩角的方式才能使剩餘六邊形重心能回復到原三角形重心。文中依據原三角形、掉落三角形、校正三角形分成六類探討不變心的切割方式及是否存在唯一性,並透過水平、垂直分量建立數學模型來說明作用在物體上的力矩平衡,達成重心不會產生偏移。 本研究利用水平、垂直分量不發生轉動的條件,列出數學式求出不變心裁切的位置,並利用 GeoGebra軟體繪圖驗證;且得知僅需【結論3】的做法,就可以解決所有缺角三角形保持重心不變的問題。更進一步發現維持不變心的三塊頂點三角形面積並不需要相等,打破了49 屆全國科展《剪不斷,理還亂-我就是不變心》的結論。

從正方形內接四十五度的三角形談起

本研究源於一道常見的正方形內接三角形的動態幾何問題。我們考慮對角線,先刻劃出兩個動態的△𝐴𝐸𝐹與△𝐴𝑀𝑁之面積比值恆為定值,並且巧妙構造輔助線,利用純幾何方式證明共圓的動態四邊形 𝐸𝐹𝑀𝑁 的圓心軌跡為等軸雙曲線。為了一般化推廣,我們依序設定了等長、半角等條件去探討,實驗了長方形、菱形、直角箏形等,有趣的是,我們發現其兩個三角形面積比為定值的幾何結構是兩組四點共圓,並非等長或半角。值得一提的是,為了刻劃一般化的箏形中的圓心軌跡,我們先建立了菱形的模型,再給出箏形與菱形的對應模型,成功證明其圓心軌跡也是雙曲線。本研究將常見的幾何問題循序漸進地深化,刻劃出內在結構且給出獨特且有趣的成果。

等角六邊形的秘密

任意等角六邊形𝐴𝐵𝐶𝐷𝐸𝐹之6邊的延長線,即會得到兩個正三角形Δ𝐼𝐽𝐾、Δ𝐼′𝐽′𝐾′,其中三組對邊以[(𝑎,𝑏,𝑐),(𝑎′,𝑏′,𝑐′)]表示,則三組對邊均相互平行,任兩相鄰邊長的和必等於其對邊長的和(𝑎+𝑏′=𝑎′+𝑏)(𝑏+𝑐′=𝑏′+𝑐)(𝑐+𝑎′=𝑐′+𝑎),則有以下成果: 1.若已知四邊長度,且其中三邊相鄰,即可決定唯一之等角六邊形。 2.三組對邊都相等或都不相等,才能決定一個等角六邊形。 3.兩組有相同公差的數列,各取連續三個正數為邊長,則可決定唯一的等角六邊形。 4.一組等差數列中,任取6個連續正數(𝑎1,𝑎2,𝑎3,𝑎4,𝑎5,𝑎6)為邊長,可形成兩個相異的等角 六邊形([(𝑎1,𝑎2,𝑎3),( 𝑎4,𝑎5,𝑎6)]、[(𝑎1,𝑎3,𝑎5),( 𝑎2,𝑎4,𝑎6)])。 5.當等角六邊形邊長為完全平方數時,可以求出一些特列。 6.討論等角六邊形的面積與用相同大小正三角內鑲崁的個數。