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數學科

平分秋色

在“漫談卡特蘭數”這篇文章中,提到一個關於卡特蘭數的問題:「考慮在n×n的格子上從(0,0)點走到(n,n)點,不經過直線y=x之下的點有多少種方法?」而本篇研究除了將其規律找出、導出公式之外,並用一套有系統的鏡射方法將其推廣到直線x-y=n時的規律。此外,還可利用圖形切割、重疊的方式進而討論雙邊振盪。

麥當勞的難題 ─ 轉、折、拚、湊

當爸爸媽媽帶我們逛街,經過麥當勞店,看到大大的 M 字,一臉親切的「麥當勞叔叔」更是覺得友善,進到櫃檯只要買五十元的東西,就可以得到一張轉折拚湊卡,拚出什麼圖,就會得到什麼獎。 我和姊姊上轉下摺,左摺右拚雖然只折出一個薯條圖案,卻產生了一肚子的疑問。 「一張遊戲卡可以折出幾個圖案?」「到底有幾種折法?」「方格數和底座有什麼關係?」「要如何才能很順利的拚出圖案?」 我們去請教老師之後,共同合作探討麥當勞的難題。

翻滾吧!黑白棋

黑白棋是常見的棋類遊戲之一,遊戲的目標是讓棋盤上的棋子變成己方的顏色,棋子多的一方獲勝,遊戲過程中受到規則的影響,容易出現雙方比分的劇烈變化。我們設計的遊戲則是採用類似的勝利條件,要求攻方要將棋盤上的棋子全部都變成白子,但攻守雙方採用不同的規則,攻方可以決定要變色的棋子,守方則是用旋轉棋盤來因應,由於遊戲規則的改變,棋盤的形狀將不再受到限制,只要是旋轉對稱的圖形,都可以成為這個遊戲的棋盤。我們試著找出,這個遊戲規則中,攻守雙方誰可以得到優勢,攻守雙方是否有一方存在必勝法則,並試著用數學的方法來解釋它。

誰是最後贏家─「障礙賽跑」遊戲的探討

教室後面的圖書箱最近圖書媽媽又添購了一些新書,其中「阿草的葫蘆」這本書內容很豐富,但大部份我們都看不懂,畢竟我們年紀還小。裡面偶而有一些數學推理遊戲,倒是能吸引住我們,其中「障礙賽跑」充滿了「障礙」(原文摘錄「阿草的葫蘆」 P . 347 、 P 348 ) : 一個炎熱的下午,阿拓和阿霧兩人在冰店輝聊天納涼。 「該想些遊戲來玩,輸的人付錢。」阿霧提議著。 「你可有什麼新鮮的?」阿拓問道。 「我想起一種遊戲,和百合接力賽跑差不多,暫且叫做障礙賽跑吧!」阿霧一面說著一面拿出撲克牌,把 1 到 6 的 24 張牌找了出來。 「規則和接力賽跑差不多,每個人輪流拿一張牌,把拿出的牌的點數全部累加起來,誰能使加起來的點數成為 31 點誰就贏,但是超過 31點要算輸。」 「嗯,這和最多六步,最少一步的接力賽跑又有什麼不同?」阿拓問道。 「當然不同,要不然怎麼叫做障礙賽跑?只是你一時還看不到障礙罷了!要不要試一試?」阿霧說道。 阿拓接受了挑戰,但滿腹狐疑,猜不透其中的機關: 「由我開始好了,31除以 7 餘 3 ,照接力寶跑的原則,我先拿 3 。」阿拓說。 阿霧不聲不響拿了一張4,接著阿拓又照接力賽跑的原則再拿一張 3 。然後兩個人輪流又拿了兩張 4 和兩張 3 ,此時點數已經累積到 24。阿霧嘴角泛著微笑,拿掉最後的一張 4,望著阿拓。 「障礙賽跑?!我看到障礙了!原來每個數字最多只有四張,這次我輸了,再來一次!」阿拓總算在數字遊戲上首嚐敗績。 一遍一遍玩下去,越鑽研越覺得這種遊戲變化之大。有時候要搶接力賽跑中的特殊點(即累積點數為 3 、 10 、 17 、 24 、31者 ) ,有時候又要盡力避開這些特殊點。經過長時間的分析,最後才得到致勝的原則。(非常複雜)。 這項遊戲和賽跑一點關係也沒有,而是在有限的字牌中取得勝利的關鍵牌。經過一陣子的摸索後發現變化實在很多,差點沒撞牆。我們現在試著從最基本的情況探討起。

費老先生有群蛇,咿呀咿呀喲

於高二下學期排列組合的課程中,一道有關棋盤形街道走捷徑的問題,改變遊戲規則來延伸探討不同狀況。首先,設計電腦程式來確定答案的正確性,以及用數學歸納法找尋其中的規則。最後,在解題的過程中發現其解竟然與費氏(Fibonacci ) 數列有著密切的關係,並且從中發現解題策略,進而試圖推測空間狀況是否仍有如此奇妙的結果。

“橋”與“路”

本文主要是要探討在兩岸平行河流兩側(或同側)的兩個地點間,應在河流的何處造橋,方可達到首要要求(1)造橋經費最省,次要要求(2)各地與各地之間造路經費最省,即以「最短總路徑」建立道路及橋樑之間的聯絡路徑、進而推廣至多地時應於何處造橋與如何構造「最短總路徑」。

騎士與主教(方格填滿問題)

一、首先是我們這次研究所使用到的定義,如下:(一)座標平面上,若點P(x,y)符合xIN,yIN 的條件,則稱點P為一" 格子點"。(二)稱x=0,y=0,x=m,y=n(m,n>0)所圍成的方格中所有方格點(包含在線上的方格點)所成之集合為"m*n的方格"。(三)接著定義一種走法,有點像象棋中"馬"走的形式,叫"騎士"(H)。例子: 從圖1 我們知道Q(6,6)經過一次"騎士"後的落點可能為P1*(7,8)或P2*(8,7)或P3*(4,5)或P4*(5,4)或P5*(5,8)或P6*(8,5)或P7*(4,7)或P8*(7,4)。二、研究問題:本研究問題,可說是融合了”騎士迷蹤”及”馬步棋”的靈感

摺摺稱值

本研究是探討如何利用摺紙方式,研究 等無理數值,並應用於矩形的長寬比值,推出任意多邊形的邊長比,長方體的長寬高的比及任意扇形的圓心角。

凸多邊形周長的分割與包絡

首先探討如何用尺規作圖將過三角形周長上的任一點之周長平分線畫出,並將作圖方法套用在幾何軟體上,進而利用幾何軟體「顯示軌跡」的功能觀察其包絡線。藉由觀察猜想某些性質,接著利用嚴謹的數學方法加以證明。再將三角形平分周長線的研究結果延伸至凸多邊形周長平分線的探討。最後延伸至凸多邊形以1:k的比例分割周長線,並且找出直接利用幾何軟體會出包絡線的方法。

圓柱積木的遊戲設計概念及其解的尋找

本研究從圓柱積木遊戲的「位置數、盤數、洞數、柱高、柱數」數量開始,第一部份反思遊戲的設計概念。在盤數的關係中採用代數的觀點探討;在洞數、柱高與柱數的關係中,根據遊戲規則找出關係式,最後得到給定位置數時,盤數與洞數就能被決定,而柱高僅有有限種選擇,柱數則跟隨著柱高改變。第二部份則尋找位置數為6的圓柱積木可行解:首先利用洞數與盤數的關係列出洞數解,並定義何謂相同解;再利用二元記錄法,畫圖找出所有的空間解(也就是實際可行解),並在附錄中揭錄詳細的排法。透過這些一般性方法,往後我們也能藉此尋找更多洞數的圓柱積木遊戲可行解。