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數學科

平鋪圖形填數遊戲研究:鏡射交換,「翻」陳出新

相較多邊形邊上的填數遊戲,本研究討論更複雜的平鋪圖形填數遊戲。我們發現所有填數遊戲都具備「互補性」,無論是數字填入內部或者是填入邊上,所以解答數量必定「對稱」。此外,填數遊戲都可用共通策略來處理:(1)以代數分析重複處的數字;(2)應用互補性,尋找一半原型即可(不需窮舉);(3)計算原型的排列組合;(4)完成解之尋找。我們的三個填數遊戲,正三角形有576個解、正方形有6112個解、正六邊形部分,雖沒有求出所有解,但我們用Excel VBA程式設計介面,可供求解之用。最後,我們將單一正方形填數推廣到「複製後進行無限平鋪」,我們發現其中內部數字規律之必然性,包含配對、奇偶性、等差、交叉交換等,最後證明兩類共12個無限平鋪圖形。

電腦立體圖像的原理

目前計算機科學極為發達,並且微電腦的普及使得接觸這方面的人不再侷限於少數。在電腦的運用中,圖形的處理最為人們注目,炳且在CAD的技術上亦佔有重要的地位。如何在螢幕上顯現立體的圖像在電腦繪圖中是一個富趣味與挑戰的題目。故在此提出和大家切磋。

同心圓、平行線重疊形成曲線的研究

上基礎理化實驗時,老師利用二片同心圓系之透明片重疊,形成雙曲線的干涉條紋,用以說明水波的干涉現象,引發我們研究其數學性質的興趣。

二次曲線上蝴蝶形的探究

從蝴蝶定理(Butterfly theorem)的圖形進行發想,在前人作品發想出研究方向,除了在圓與正方形以外,在其他圖形上討論蝴蝶形的其他性質是否有不同的發現?我們在圓、橢圓、拋物線與雙曲線之重疊圖形上作出對稱與非對稱蝴蝶形,對其面積、邊長、角度進行計算與歸納,再推廣到在拋物線上另找任意兩點做蝴蝶形;在研究過程中,我們也發現了圖形上一些特殊的性質,進行一連串的研究。且以普通高級中學課程綱要中數學科課程綱要內容為我們推論工具,希望能讓多數高中程度的學生均能了解我們的發現。

穿越網格愛上你.

在平面上,行數為 n 列數為m(表成n ×m )的長方形網格中若有一由單位長水平或垂直線段連接所有相鄰格子點的折線,同時不重複經過任一格子點,這樣的折線稱之為n ×m網格中的漢彌頓路徑,簡稱路徑。 我們研究了當m = 4,5時,在n ×m網格中,所有從左下角(1,1)出發,右下角(n,1)結束的路徑總數T(n,m)以及從左上角(1,m)出發,右下角(n,1)結束的路徑總數U(n,m)。在過程中我們也計算了n×3、n×4的網格中由左下角出發,左上角結束的路徑,分別以M(n,3), M(n,4)表示總數。 我們得到下列的結果:

真是太過影了

根據投影的定義(地面上方之不透明物體受一垂直地面光線之照射,在地面上的陰影部分的長度或面積)。根據投影的定義,由線和面的投影延伸到立體之投影。我們以各種正多角錐和角柱為例,固定光源方向,分別改變角錐和角柱的控制變因和傾角,其投影面積是否有規律性變化?欲求出一條投影面積與傾斜角度的通式,由最簡易的三角錐、三角柱至繁複的多角錐、多角柱,分別計算其投影面積並傾斜其中心軸,並列出其傾斜角度與投影面積的關係式,從中找出不同角錐與不同角柱的各項關係式的規律。

條條矩矩法-探討級數的奧妙

本研究探討「小高斯速算」的推廣。主要往三個方面發展:(1)自然數一到七次方的和。(2)三角形數列的變形。(3)自然數兩兩連乘積數列、三連乘積數列等的總和。研究過程當中,主要利用三種方法求解:(1)條條矩矩法:用不同的矩形、不同的排列方法表示各數列,再運用直行或橫列觀察,便可將原式變形。這是我們研究出的方法,以下稱為「條條矩矩法」。(2)三角形法:先將數列排成一個三角形,再將其往不同的方向旋轉,得三個三角形,再將這三個三角形中每個相對應位置上的數字加起來。這些數值會相等。把這些數加起來後除以3,即得原式的總和。(3)數型關係法:運用數的拆解將式子變成較易運算的形式。藉由這三種想法,將高次的級數變成較低次的級數,得到本研究的答案。其中「條條矩矩法」可作為一般計算級數,或是找規律的工具。

一個也沒漏掉

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。

中文電腦數學科輔助教具設計

1983年「時代週刊」選「電腦」為風雲人物,教育部也不遺餘力地推展「資訊教育」,可是放眼至今,中文教育電腦軟體實在缺乏,看著中學生擁著電腦玩電動玩具,日益沈迷,不知電體何用,身為教師的我,遂想憑著個人對電腦的能力及教學經驗,以(1)操作簡單(2)說明簡潔(3)誘導練習(4)配合教科本等原則,設計二套中文電腦數學教學輭體,在此次科展展出,以聽取各方的意見及指教。

城堡保衛

我們試著尋找所需最小的城堡個數以看守整個a × b× c (a,b,c ? N) 的長方體。在a = b = c 及a = b 的結果,而在a = b > c 與a > b > c 情形下我們得到了上界,其中a = b > c 我們更發明了區塊分割法來快速求解,此外我們運用clique polynomial的x多項式來描述a ×b× c 城堡數刪去的過程中完全圖分佈的變化,直到最後求出clique polynomial只有常數項的解。