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數學科

多邊形上的切圓

以三角形,五邊形,七邊形各頂點為圓心畫圓,讓相鄰圓均外切,從gsp 做圖時發現只有一組滿足的解,因此探討為何只有一組解,推論出這些圓面積和的公式;接著探索方向轉換成偶數邊形,得到每個偶數邊形上能滿足這些條件的圓有無限多組,其中想到另一問題,該如何求這些圓面積和的最小值?在討論的過程中,得到切圓面積和的公式在邊數為4k與4k+2(k?N)時,規律不同,便將偶數邊形的邊數分成兩部分推論,並分別求得結果。

具錯誤修正能力的高斯-喬登消去法

利用電腦程式做大量且密集運算的時候,會因為電腦硬體暫時性的失效而產生計算上的錯誤,為了減少重新計算所要花費的時間,並提高整體計算的穩定性與可靠度,具有錯誤偵測與錯誤修正能力的容錯計算方式是很重要的。本篇報告提出一種具有容錯能力之高斯-喬登消去法,藉由以直觀方式加入的檢查碼及修正的矩陣基本列運算,使得每個階段的運算過程中具有錯誤偵測與錯誤修正的功能,與以往的方法比較起來,多了容錯的能力,但是時間複雜度依然是相同的O(n^3 ) 。

分身有數─數列排序對「和」的貢獻值探討

本研究源自建中100學年度科學班甄選數學科題目,原題只求「和」,本遊戲加入了「÷」和「餘數」,使解題過程多些難度與驚奇。 我們發現數列元素依排序對和的貢獻值呈對稱性,兩旁的貢獻值最小,中間的貢獻值最大,且數列中的各元素對和的貢獻值與巴斯卡三角形出現奇妙的巧合。 「路徑分析」證實了數列各元素對和的貢獻值[ar]=C_(r-1)^(n-1)是正確而非巧合,同時也提供變形數列(ㄇ型、環型與面型數列)簡易而快速地計算貢獻值的方法。 解開了數列排序對和的貢獻值通式,同時也解開了「分身有數」遊戲的奧秘,原來當「n-1」為質數時,除了首項與末項外,其餘元素對和的貢獻值都是該質數的倍數。

PODO123 (polyomino do math)

本研究係用「數列命名的方法」作為骨幹,解決或簡化連方圖形(polyominoes,也稱作連方圖形)的相關問題。連方圖形係指有限個方塊聯通、非空且相連。「數列命名的方法」係指將連方圖形的邊長連續寫成數列。若將連方圖形放在歐幾里得平面上,每個相鄰頂點之間的位移即是被記錄的邊長,故數列中紀錄的邊長含正負號,並且數列滿足兩個充要條件。 為解決使用「數列命名的方法」遇到的問題,目前建立了一套系統、技巧。是將特定圖形,此指連方圖形旋轉、鏡射、圖形合併等等。 研究發現此方法可以解一些連方圖形的問題,例如連方圖形的種類、任意的多個相同的連方圖形是否可以填滿(嵌滿)矩形(平面)。

平面與立體鑲嵌之研究

一、平面鑲嵌的定義: (一)每個頂點都是由同樣的正多邊形的頂點聚合而成的。 (二)各個多邊形均以邊相鄰,且不重疊。 (三)所拼成的圖形,沒有空隙且可以無限的延伸。 二、我們發現要形成平面鑲嵌,在於每個頂點周圍的多邊形,是否可以緊密的拼合,即內角和是否等於360°。 三、由於內角和等於360°,可推得: ,n1,n2,......,nk 表多邊形的邊數。 四、討論上述方程式的值,進而討論n1,n1,K,nk之可能的數值。 五、將平面鑲嵌的定義推廣,可得立體鑲嵌的定義: (一)每個頂點都是由同樣的多面體的頂點聚合而成的。 (二)各個多面體均以面相鄰,且不重疊。 (三)所拼成的圖形,沒有空隙且可以無限的延伸。 六、同理,要形成立體鑲嵌,則圍繞一頂點的多面體的立體角,要能緊密的拼合。 七、多面體的立體角ζ ,定義為該角在單位球上佔的面積,即為: 八、因此圍繞一頂點的多面體的立體角ζ ,要等於4π 。 九、最後,我們用電腦程式求解立體鑲嵌。

延伸正多邊形的一邊一筆畫出各種圖形

從word2003的圖示中,我們看做畫圖時每次將四邊形其中一邊延長,其他邊的長度不變,然後畫出四個邊。按照這樣的方法可以畫出許多圖形。我們將每一邊編號後,發現各種圖形的延伸方向和代號有關。因為有一些結論可以從圖形的延伸方向來看。 接著,我們將研究重點放在起點和終點都在同一個位置的封閉圖形。因為這些封閉圖形的代號組合會形成環狀排列。 從環狀排列發現到一些結論:一組環狀排列只有一種圖形,圖形不同,代號不同。畫圖次數有幾組環狀排列,用不盡相異物環狀排列來算。哪些畫圖次數會有環狀排列組合,可用邊數的最小及次小質因數來算。鏡像圖形代號可以算出來。 最後,我們利用發現到的結論來做應用,畫出更複雜的圖形。

倒三角形

上數學課老師教我們用石子排列成三角形,並要我們搬動成倒三角形,層次少的三角形,很快就可以搬成倒三角形,如果三角形很大是不是也可以很快的把它搬動完成呢?老師告訴我們這是一件很有趣的數學問題,要我們繼續玩,同時把三角形一層一層的加大並作整理,看看能不能發現一些有趣的數學原理,因此我們決定繼續的玩下去。

怎麼“切”都行

在數學課本中,求圓錐曲線的切線是一個非常重要的課題。而課本在處 理這個問題時,是將其概分為三部分(註1):曲線上、已知斜率及曲線外; 關於第一部分, 課本提供了一個切線公式(註2): 設P(x0 , y0 )為圓錐曲線ax2 + by2 + cxy + dx + ey + f = 0上一點,則過P(x0 , y0 ) 的切線方程式為: 若於曲線外, 則沒有公式可用。本文成功地將(*)擴充到不論P 是否在曲線上或曲線外, 均可適用的公式。我們定為切線公式: 切線公式: 設f (x, y) = ax2 + by2 + cxy + dx + ey + f 過點P(x0 , y0 )作圓錐曲線

袋我進入折折稱奇的世界

日常生活使用的紙袋看似平凡,大家都不會去在意。無意間,看到教室角落裡有一箱的紙袋,產生我們的好奇:奇怪!一張紙怎麼可以折出大大小小不同的紙袋呢?於是帶我們進入紙袋的探索世界。 從市面上的紙袋中,我們可以分類找出影響紙袋大小的因素,取決於紙袋黏貼處的大小、寬的大小,以及底部的腰長大小,這些因素都足以影響紙袋的體積、各面面積、表面積與形狀,而且不是任何比例的紙張都可以折成正方體。 同時也透過逼近法與遞減法求算,來觀察體積、面積、表面積的變化,發現到底面正方形紙袋的體積都不是最大,而且在遞減法中,發現各組面積差的差跟我們選擇遞減的數是有平方的關係。其中體積最大是第29組,長寬比為70:18的紙張,表面積最大是第41組,也在我們製作的長、寬、高立體模型中,觀察到各組最大體積長、寬、高變化的兩兩關係,呈現出一定規律的曲線,且三者的關係呈現出奇特的分佈。 透過我們的研究發現,市售鋁箔飲料包裝的體積都不是該包裝的最大體積,沒想到日常生活中隨處可見的紙袋,竟讓我們誤闖入這折折稱奇的紙袋世界。

揭開〝數〞的神秘面紗─不同數字組合及其運算關係

本作品是以1~9的9個數字為主軸,藉由數、數字和與數字根之間的關係,探討不重覆使用1~9的九個數字,把它們分成不同的幾組數,使其中的一組數會等於其它組數相加、相減、相乘、相除的結果等趣題。