數學科

我們經常看到兒童們很起勁兒的遊戲，不知疲倦，不覺厭煩，即使父母嚴加禁止，他們仍舊會設法玩耍，由此可見：喜愛遊戲楚兒童的天性。根據資料顯示：在目前升學主義的壓力下，我們的數學教育正面臨嚴重的危機，由於教材的枯燥、呆板，已無法引起學童的興趣，教師如果再採用注入式的概念指導及機械式的反覆練習，則學童們必視數學課為畏途。有鑑於此，筆者認為：教師若能善用兒童喜愛遊戲的天性，將激材轉化成生動、有趣而富有創造性的遊戲，必可提高學童學習的與趣，增廣學習的領域，並有助於數學教育的發展。下面僅從筆者最近所創作的一些數學遊戲中，提出三項活動，以簡易的單元教學活動設計方式出現，來描述數學遊戲在數學教學中所扮演的角色，究竟是如何的重要；其中「活動一：三明治的數字謎」一一不僅適用於各年級的學童有關數的大小（多少）比較之練習，更可建立『 逼近」及「介於 × × 之間」的數學概念，以作為未來高中、大學階段學習 『 實數的完備性 』 及 『 三明治原理（ Sandwi ch Princple ）」的直覺經驗。（難然對於國小學童而言，活動內容僅限於自然數或有限小數的範圍）；「活動二：卡通座標圖」一一適用於指導四年級以上的兒童，學習「二對一對應」的笛卡兒平面座標概念，以作為中學時期學習解析幾何的準備；「活動三：密碼信」一一適用於具備「二對一對應」概念的學童，讓他們透過密碼的翻譯過程，去體驗數學概念在社會生活中的功能，藉以提昇其數學的興趣。

任意寫出一個三位數，求此三位數減去其倒寫所成三位數之差，再加上此差倒寫所成的三位數，其結果都是定值1089，是不是任意的n 位數，照這樣演算都會有一定值存在呢？似乎均會等定值，這引起了我們莫大的研究興趣。

上數學課時，我們從五上第七單元【三角形與扇形】學到了如何求出三角形的內角角度及扇形角度，第九單元【表面積】扉頁說明認識了正多面體。我們在一次偶然機會，將課本上已分成四等分的圓形圓周上與半徑相交的點相連，發現可以連成一個正方形，經由老師的說明才知道原來這是「圓內接正四邊形」，於是我們想進一步深入研究圓內接正多邊形。我們利用半徑六公分的圓製作各種圓內接正多邊形，將對摺、平分、倍數等觀念，成功摺出圓內接正偶數邊圖形；利用半徑等分，也成功摺出圓內接正三、五、七、九、十一邊形；我們更將摺出的圖形組合成各種正多面體及正三角形多面體；最後再試著利用一張圓內接正多邊形做成角錐。由平面到立體，讓我們在研究與實作的過程充滿驚喜，真的是太有趣了！

當老師有一次在課堂中講解數列時，我們在課本中看見了一個很奇怪的數列1，1，2，3，5，8，13，當時只是知道後項是前二項之和後來經老師講解之下才知道這一個數列就是有名的費伯納西數列（或兔子數列）， 哦！原來數列也可以這麼有趣，後來我們突然想到一個問題：就是在費伯納西數列中如果大兔子生下的不只一對小兔子而是生下二對小兔子的話這一個數列又該如何寫呢？ \r \r \r

阿波羅尼奧斯問題（Apollonius' Problem）是古希臘數學家阿波羅尼奧斯（Apollonius of Perga）提出討論的幾何作圖問題：設有3個圓，要如何做出一個圓，使其與已知三圓相切？另外，如果將題目中的圓以線或點帶入，則總共十種的題目，要如何做？阿波羅尼斯按已知條件將問題分成10種：點點點、線線線、點點線、點線線、點點圓、點圓圓、線線圓、線圓圓、點線圓、圓圓圓。對於阿波羅尼奧斯所提出的問題，我們嘗試利用了國民中學第五冊尺規作圖的概念與邏輯思考來證明。

本文中我們探討一個有趣的數列。這個數列有一個非常特殊的性質：將數列相鄰兩項的前項當分子，後項當分母，所產生的分數數列，恰好會出現所有的正有理數。 這個特殊的性質表示，可以將正有理數按照這個方式作排序，這個排序將完全不同於常見的正有理數排序的方法。 (1). 在正有理數的排序的結構中，我們做出許多有關於此數列的定理。 (2). 用數學歸納法證明此分數數列涵蓋所有正有理數，且每一正有理數只出現過一次。 (3). 將數列分割後，利用試算表製成數列規則表，並整理出快速的方法將數列表達出來。 (4). 將an 數列排成“樹”的模式，可更快速的把正有理數寫下來。 (5). 最後，設計出搜尋正有理數的演算法，解決在分數數列中第n 個正有理數會是多少；以及正有理數會出現在數列中第幾項的問題。

在一個方格陣列上擺放一定數量的阻隔點（即障礙物）時，從方格中由左下角走到右上角所需的捷徑步數與未受阻擋的方格比較，勢必會受到影響。本研究主要建立在此種模式中，經由觀察、假設到證明的過程，發現許多諸如對稱、分布、極值等性質。依次固定障礙數量，加以比較並歸納當障礙物擺放於何種位置或情況時，方格中的捷徑走法數量會產生極值，及探討障礙擺放於各位置時，所剩餘的捷徑走法數量分布情形與性質。 此外，我們也嘗試朝三維的方向進行討論。我們以二維情況的研究結果為基礎，研究出三維情形中捷徑走法數的計算方法與阻擋數分布情形，進而討論出當障礙物擺放於此方體陣列中，應擺放於何處才能使捷徑走法數產生極值。

在本文中，我們試著從不一樣的角度下去研究鬼腳圖，想辦法以空間的情況找出鬼腳圖的特性。首先，我們將參考書籍上的簡略資料作延伸，努力找出出空間鬼腳圖最完整的定義，並找出它的化簡方法。接著，我們開始結合群論的角度去討論之，好讓空間鬼腳圖的運算特性更為明瞭。最後，我們還自行發展出一套計算方法來研究空間鬼腳圖的畫法，並運用機率統計的方式來分析空間鬼腳圖遊戲的公平性。

我們所研究的問題是由許志農教授在「高中數學大賞」書中所提出的問題：設一骰子連續投擲n次出現的點數依序為x1，x2，…，xn，令 Yn=x1+x2+…+xn，試求Yn為7、5、3的倍數之機率為Pn。突破以往使用機率方式求解，我們改採用矩陣列出餘數為0、1、2…的所有組合數，透過矩陣的運算，觀察到各元素間的關係，進而解決上述問題。延續這個技巧，我們再次處理骰子平方和為4、3的倍數的組合個數。

去年參加建中「中學生數學通訊解題」時，發現第二期 88205 斟酒問題，內容充滿了思考和推理的趣味性，引發我研究的動機。（原題摘錄如下） : （如附件一） n 個客人圍坐一圓桌，按逆時針方向依次編號 l , 2 , 3 ， … n 。服務員先給 l 號座位斟酒，然後再按逆時針的方向斟，但每次都要跳過兩個未被斟酒的客人（已斟過酒的客人自然也跳過），才給下一位客人斟酒，但最後一位客人不受此限制。試問：最後一位斟到酒的客大的座位編號是多少？ 在思索問題的過程中，處處充滿了難題與挑戰，因此我到圖書館尋找解題相關線索，想從相關文獻資料中，探討其研究方式。我找到－民國 84 年我國參加紐西蘭第十九屆科學展覽的科展作品名稱：劫後餘生(其研究題目如下) : （如附件二） 「有一個古代的故事」，歷史學家約瑟與他的四十位猶太同伴為逃避羅馬人的追殺而躲在一個山洞裡。這些人寧死也不願被俘虜，最後眾人決定輪流自殺，先指定首領為 1 號，然後大家接著首領圍成一圈，從 1 號算起，每次算到第三個存活的人就必須自殺，直到全部死光為止。約瑟夫並不贊成，但為了求生存，他只好預先算好個位置，使得站上這個位置的約瑟尖在輪流次序中是最後一個人。桔果，約瑟夫終於避開了自投的命運。 我們好奇的是，在危急之時，約瑟夫如何冷靜地算出最後存活的位置，難道他有速算的公式？」 及民國 85 年第二十九屆台北市高中組科展優勝作品「天算不如人算」：(如附件三 ) 並在網上瀏覽台師大數學系網站時，發現科學教育月刊通訊解題第 2035 題，傳錢幣問題有類似作法（其題如下） : （如附件四） n 個人圍成一圈玩戲， n 大於等於 4 ，首先他們依反時針方向依序編號為 1號、2號、… … n號。且讓每個人手上都有一枚銅板，遊戲規則如下：遊戲開始， 1 號拿一枚銅板給 2 號，然後 2 號拿二枚銅板給 3 號，接著 3 號拿一枚銅板給 4 號， 4 號拿二枚銅板給下一位，規定遊戲過程中，手上沒有銅板的人，他就自動出局，離開此遊戲，而遊戲繼續下去，如此依次拿一枚，拿二枚給下一位手上仍有銅板者。試證有無限多個 n 使這個遊戲最後僅剩一人，而其餘的人均出局。 我覺得此題目在傳遞過程中，隱藏了數學規律在其中，更使我有進一步深入研究的興趣。