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數學科

電梯謎蹤

先解答老師給的 「 電梯謎題 」 後,再深入去研究 : 若是建築物有n層樓,每部電梯 ( 底層和頂層以外 ) 只停留其中的k個樓層,由任一樓層到另一樓層都可直達,不需要更換。那麼,最少需要幾部電梯呢? 我們先計算出樓層與樓層之間互通的總乘次,再去計算每一部電梯可以承擔的乘次,不足、重複了多少?需要新增幾部?最少(短少一個乘次、短少一個樓層的範圍以上)需要幾部?結果發現 : ① k=3、4時,n與最少電梯部數之間存在著規律性 ; k=3時,奇數樓層(2r+1)比偶數樓層(2r)需要多新增 [2r/6] 部電梯 ② n與k在特定的對應範圍下,3部、4部、6部電梯即可 ③ 結合多邊形的頂點數、邊數、對角線數,所找到的最少電梯部數的可行配置方式,發現不僅僅只有一種

數學習作再深究--有趣的組合和排列的差數

六年級上學期的數學習作業,談到了黑珠、白珠的排列差數,和圓周上取若干點,可連成幾條線的問題,都非常有趣。我們想:如果把黑珠、白珠的排列變成立體,相差的數目,有什麼關係呢?在圓周上取若干個點,能連成幾條線的問題,改變成能連成幾個三角形、四邊形、五邊形,那會產生什麼結果呢?由於好奇心,引發了我們研究的興趣,於是在老師的指導下展開了研究工作。

利用回復路徑追蹤費馬點

一、本研究先證出:(一)、n邊形的費馬點即本文所稱n孔系統的平衡中心。(二)、n邊形(3n?)的費馬點唯一。二、利用GSP軟體,以物理方法我們研究出「回復路徑逼近法」,利用此法可求得任意多邊形的費馬點。三、以數學方法導出2n=的真正回復路徑方程式,接著證出等距線與回復路徑所在的方程式,其圖形為共焦點的橢圓與雙曲線,並形成「正交曲線」。四、對於n3?,我們猜測等距線α與回復路徑β為「正交曲線」,並以「等距線逼近法」作出的圖形驗證得證之。五、因此,理論上要求得n孔系統的回復路徑方程式,只要先寫出等距線方程式,並利用其為「正交」關係即可得。最後,只要作出兩條回復路徑之圖形,由其交點可得此n邊形的費馬點。

「角」盡腦汁

在數學課中因為介紹多邊形,讓我們引發對形狀的興趣,再加上學校宣傳物—正十二面體存錢筒的接觸,使我們展開了對正多邊形在平面上和空間上的研究。我們研究了正多邊形在平面上與空間中的組合問題。研究後發現只有正三角形、正方形、正六邊形等圖形,因為其內角角度數是360 的因數,所以可構成平面;一層一層的平面圖形所需要正多邊形個數記算方式,推論如下:正三角形【(3n2-3n) ÷2】+1;正四邊形【(4 n2 -4n) ÷2】+1;正六邊形3n2-3n+1,此結果可讓我們運用在地磚的鋪設上。而可構成正多面體的條件是正多邊形的單一內角角度3 以上的整數倍須小於360°,實驗結果發現只有正三角形可構成正四面體、正八面體、正二十面體;正四邊形可構成正六面體;正五邊形可構成正十二面體,此研究在建築界有很大的幫助。

再見約瑟夫

所謂約瑟夫問題,就是有n個自然數排成一環狀,從頭開始,殺 1(個數)留 1(個數),求最後留下的數會是多少? 本研究「殺α留β」。將原本的「求最後留下的數」改成「求最後第 個出局數」,並研究科展「撲克牌遊戲中的數學原理」裡沒有提及到的「殺1留2」及「殺α留β」,找出倒數第k個出局數是k之不動點。

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。

走完一圈有多遠─探討1×1×n之長方體面上一點出發走遍6面回到原出發點的最短路徑

延續 彰化縣第52屆科展優等作品「走完一圈有多遠-探討1x1x1之正立方體面上一點出發走遍6面回到原出發點的最短路徑」除了找到該報告的缺漏外,更進一步地討論在1x1xn之長方體面上一點出發的情形。我們利用 三角不等式、畢氏定理、二次函數等概念得到 1.從1x1xn長方體頂點出發,走遍六面回到原點的最短路徑長為 √2(n+2), 0≤n≤2 2√n2+4, n>2 2.從1x1xn之長方體上1x1面上中心點出發走遍六面回到原點的最短路徑長為 √32+(2n+1)2, n≥1 √2(n+2), n≤1 3.從1x1xn之長方體上1xn面上中心點出發走遍六面回到原點的最短路徑長為 √(2n+2)2+22, 0

頑皮的嬰孩─聖嬰南方震盪現象與臺灣地區之氣候變化

前年夏天,由於東太平洋海溫異常快速上升,連帶著影響大氣結構,造成了空前最強烈的聖嬰南方震盪現象(本文以下簡稱為 ENSO )。不過數月,太平洋的兩側,甚至大西洋、印度洋附近國家陸續傳出災情,不是滂沱大雨、洪水氾濫的情景,就是酷熱乾燥、烏煙瘴氣的窘境,導致家破人亡,損失慘重,尤其以赤道太平洋地區之受創更為深遠。臺灣地區位於熱帶與副熱帶之交界處,受到 ENSO 之影響有何明顧的反應?有鑑於國內現今對此研究尚不多,所以利用此機會,根據近三十年來的氣候資料,進一步分析 ENSO 與臺灣氣候之關係,作為將來遇到類似情況時之參考。

第六個心

針對三角形 ?ABC ,以其三邊為底,同時向外或向內作三個相似等腰三角形?'A BC 、 ?'AB C 、 ?'ABC ,我們發現 'AA 、 'BB 、 'CC 三線交於一點──「第六個心」。其實,第六個心並非由 ?ABC 所決定唯一的一點,乃是隨等腰三角形?'A BC 、 ?'AB C 、 ?'ABC 的變動而有所不同。隨等腰三角形 ?'A BC 、 ?'AB C 、 ?'ABC 的變動,第六個心在平面上形成的軌跡為等軸雙曲線﹝漸近線互相垂直﹞,並且通過 ?ABC 的三頂點、重心以及垂心。我們研究的範圍包括:雙曲線的無窮遠點、 'AA 、 'BB 、 'CC 交於無窮遠點的判別條件、尤拉線的推廣等。為了研究以上主題,我們引進了一些額外的數學工具,如投影平面、bary-centric coordinate。藉由這些工具的使用,我們得以發掘定理背後的數學結構,並且簡化計算過程,增加文章的可讀性。

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。