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數學科

天旋地轉大翻身—從對稱圖形談起

利用不同的對稱軸,操作旋轉與鏡射變換,歸納出一些幾何圖形對稱群的規則性,進而利用對稱群推演一些幾何圖形有趣的著色問題。

正偶邊形與正偶圓弧的方程式

去年有同學製作『從角的方程式,到三角形、四邊形的方程式』參加科展,結果這些由線段組成的多邊形方程式,都是二元一次式與其絕對值的組合。接著我們學到圓錐曲線,其方程式則為二元二次方程式。引起我們興趣的是,利用二元二次式與其絕對值的組合,來表示一些有趣的圖形。

立體空間密碼問題

這次科展我的主題是──平衡中心的研究,這是延續我國三時的科展──「垃圾處理場的位置問題──平衡中心的研究」而來的。 問題是:已給定空間中 N 個相異點 Ai, i = l , 2 , ……, N ,求一點 P0,使得 這個問題的來源是:在一平而上有幾個城鎮,位於 A1 , A2 , …… AN,要共同設置一個垃圾處理場。設場的費用是一定的,而設立之後的費用一一運費,則和與諸城市之距離和(及垃圾重量)成正比。場址 P 應設何處方使運費最少?運費就是( P )。 這個問題並不好做,我只做出城鎮都在一直線上的等權、(垃圾等重)不等權情形,三鎮、四鎮(不共線)的等權情形,及附帶的,假設運費與距離平方正比時之情形。 現在上了高中,學到三維的空間,於是我們應該將平面上的城鎮推廣為空間中的鎮,即諸 Ai不必共面! 在平面的情形中,等權三鎮情形最是有趣,所以我主要做的,也是比較可能做的,是空間中等權四鎮的情形。

翻出一片天

去年,學長; 姐找我和幾個同學一起做科展,在過程中我愈做愈有趣。今年我決定再接再厲,而且為了延續這項良好的活動,找同學外我還找了學弟一起來做科展,我以去年的心得跟他們分享,他們聽完之後,很感興趣,我們便開始找題目來做。這時數學課正好在上怎樣解題的單元,老師出了一個翻杯子的題目:「有七個杯口朝上的杯子,每次翻動四個不同的杯子,要翻幾次才能把所有的杯子都翻成杯口朝下?」我們一開始拿了幾個杯子做做看。想不到,把我們搞得暈頭轉向,好難啊!但此時不服輸的細胞告訴我們不要放棄!我便跟學弟們說:在研究的過程中遇到瓶頸是常有的事情,不需要感到驚訝。有人提議說,既然遇到不會的,那就簡化問題吧!所以我們開始以下的研究過程!

神奇三角形世界

有次在上課的時候上到了三角形,回家後我們就開始想, △ 有一個三角形,有五個三角形,有十三個三角形,但是層數越多就越不好算,因此我們想找出簡便的方法。

在一任意凸N邊形內作連續M個整數凸多邊形的切割

在切割了許多的圖形後,我們發現比較簡便而有趣的切割方法!我們嘗試透過特定的數學方法,找出有規律或固定模式且通用的切割方法來歸納、簡化切割的做法。整理、推論出可能的方法(邊連邊法、放射法、分枝法、夾心法)和結果數的規律並說明我們所用的方法是否正確。

別跟我相鄰

藉由數學課程中,怎樣解題的學習經驗,我們嘗試找出「別跟我相鄰」遊\r 戲中雙方可走的棋數,以探究遊戲的公平性;在由對戰結果進行觀察、分析、驗\r 證後,我們找出遊戲的必勝方法,並發現雙方可走棋數具規則性,且遊戲具公平\r 性;經由嘗試創造不同的正方形棋盤,進行遊戲,也能有相同的結論;更將遊戲\r 應用於生活中,以「別跟我相鄰」進行填滿平面圖形遊戲、填滿立體圖形遊戲及\r 串珠子活動,並從中找出棋子、珠子數量所呈現的規則性,並將其以數學式表示。\r 在研究過程中,我們將五年級數學課程中所學得「怎樣解題」、「因數和倍數」、「柱\r 體與錐體」的觀念及經驗加以應用,讓我們再次感受到數學有趣及神奇之處;另\r 一方面,這個研究有助於大家對於平面及空間的觀察及思考更加敏銳,且不論年\r 紀皆可以多玩「別跟我相鄰」,亦可幫助思考。

從數字方塊到數字八卦

去年我們研究了「數字方塊」,數字方塊的運算規則是這樣的:「首先在一個方塊的四角各寫一個數,此數可以是零或自然數,將相鄰兩角數字的差(以大數減小數),寫在四邊的中點,然後以四個中點作為新的方塊,繼續重覆上述程序,直到最後會有一個方塊的四個中點都是零為止」。(如圖一) 我們從一千多個數字方塊的運算過程中,發現了數字方塊可依奇數與偶數的分布情形區分為六個類型,而且在運算的過程中,類型與類型之間總是遵循著一定的規律在變化著。 同時,我們也發現數字方塊的遊戲規則除了適合正方形外,也適合於正八邊形、正十六邊形、正三十二邊形等。若這個遊戲規則被運用在正八邊形上,會出現什麼有趣的數學規則呢?我們實在很好奇!我們把這樣的問題叫做「數字八卦」(如圖二)。在老師的鼓勵下,我們緊接著數字方塊的研究,向數字八卦挑戰。

過橋問題

「過橋遊戲」規則為有n個人要過橋,他們過橋的速度皆不同,每次2人過橋,過橋的2人中秒數較多的人為該次過橋的秒數,過橋時有人要提燈籠,但燈籠只有一個,所以每次過橋後對岸需有1人提燈籠回到橋頭,和剩餘的人過橋至對岸,直到所有人都過橋。 本研究討論出過橋秒數不一時的最簡走法通式,再由結論推算出秒數為等差、等比、階差規則走法公式。

走角落數步數的奧秘

一天上數學課時,老師介紹我們玩幾種棋子遊戲,其中最受歡迎的 〝 走角落數步數的問題 〞 ,一時風行全班,於是大家互相競賽,當格數少的時候,我們還可以一步一步的數出步數,可是格數多時,我們就很難在短時間內算出步數,於是我們就深入研究探討其特性,並求出其快速解題的方法。\r 遊戲規則:\r 一枚棋子由棋盤的左下角出發,沿對角線方向移動,每遇到邊緣便轉90度繼續前進,直到走進某個角落為止,一共走了幾步。\r 例一:4×3的棋盤走了6步(見表1-1)